Накопители на базе флеш-памяти давно стали привычным атрибутом любого мало-мальски производительного ПК или рабочей станции, активно проникают они и в серверную сферу. В сравнении с традиционными жёсткими дисками они всем хороши, однако есть и недостаток — ресурс памяти типа NAND конечен и напрямую зависит как от количества уровней записи, так и от «толщины» техпроцесса. На этом фоне настоящим прорывом выглядит технология 3D XPoint, не столь давно представленная альянсом Intel и Micron. Память, основанная на этом принципе, работает совсем иначе, нежели классическая NAND — в ней используется некий материал, способный изменять и сохранять своё сопротивление. Что это за материал и как именно он работает — пока остаётся коммерческой тайной. Главное, что такая память не просто на порядки надёжнее, но и может похвастаться существенно меньшим уровнем задержек; также 3D XPoint не страдает от падения производительности в режиме записи. Накопители на базе данной технологии Intel поставляет на рынок под брендом Optane, и пара моделей таких SSD уже побывала в нашей тестовой лаборатории.
Общие принципы работы 3D XPoint
Если кеширующие недорогие модели Intel Optane Memory оставили неоднозначное впечатление, то тесты Intel Optane SSD 900P показали, что 3D XPoint очень сильна там, где подавляющее большинство традиционных SSD испытывает затруднения, а именно, в сценариях смешанной нагрузки, а также при чтении малыми блоками. Ни один из существующих SSD, даже новейший Samsung 970 PRO, не может противостоять Optane просто в силу иного принципа действия энергонезависимой памяти. На линейных операциях же первые модели серьёзных накопителей Intel Optane лидерами не стали в силу использования сравнительно простого контроллера, который не имеет даже буфера DRAM. Форм-фактор PCI Express подходит не всем, но из-за сравнительно невысокой ёмкости чипов 3D XPoint до недавнего времени создать более-менее ёмкую версию накопителя в формате M.2 компании не удавалось, а представленная модель 800P была доступна в ёмкостях всего 58 и 118 Гбайт. К тому же, она использовала только 2 линии PCIe 3.0, что ограничивало скоростной потенциал.
Новое семейство Intel Optane предназначено для высокоскоростных СХД
Но Intel не собирается сидеть на месте. На мероприятии ISC High Performance 2018, которое проходит сейчас во Франкфурте и продлится до 28 июня, компания показала новинки, правда, пока только серверные. Начать следует с новых моделей серии SSD DC — новые накопители P4801X теперь доступны и в формате M.2, хотя форм-фактор используется и не совсем привычный, 22110 вместо классического 2280. Но при этом задействованы все 4 линии PCI Express, а максимальная ёмкость увеличена до 375 Гбайт (имеются также модели ёмкостью 100 и 200 Гбайт). Это уже достаточно много для использования в серьёзных приложениях, требующих низкой латентности и высокой производительности при запросах с малой глубиной очереди. Интересно, что версия U.2 в корпусе формата 2,5″ будет иметь максимальную ёмкость всего 100 Гбайт. Вероятно, это вызвано тем, что Intel активно продвигает в серверной сфере новый форм-фактор твердотельных накопителей, так называемую «линейку», она же EDSFF.
EDSFF на бумаге...
...в жизни...
...и в составе новых систем Supermicro
Выглядят новые Optane достаточно любопытно. Они унаследовали от 800P синий цвет печатной платы, но в отличие от предшественников, «заселены» куда более плотно. Контроллер используется тот же, что и в серии 905P, анонсированной на Computex 2017. Он отличается от установленного в 900P типом упаковки — открытый кристалл против чипа с защитной крышкой. По всей видимости, и уровень производительности предполагается аналогичный, порядка 2,6 Гбайт/с при чтении и 2,2 Гбайт/с при записи, то есть, рекордов на линейных операциях P4801X явно ставить не собирается, но это и не является его целевой задачей. Параметр наработки на отказ, вероятнее всего, не ниже, нежели у потребительских моделей серии 905P, а у них он заявлен на уровне 1,6 миллиона часов. Сколько циклов перезаписи способна выдержать сама 3D XPoint, пока неизвестно; мы пытаемся это выяснить эмпирическим путем — накопитель 900P ёмкостью 280 Гбайт уже успел перевалить за отметку 6 Пбайт и по-прежнему демонстрирует статус «good», хотя официальный ресурс для этой модели с 20-нм памятью 3D XPoint составляет 5,11 Пбайт. Ресурс резерва израсходован на 77 %, но память нового типа выдержала уже более 20 тысяч циклов перезаписи, что намного выше показателей любой современной «тонкой» NAND.
У Intel SSD DC P4801X развитая система питания
У Intel SSD DC P4801X по-прежнему нет DRAM-кеша, в котором накопители этого типа не очень-то и нуждаются, но весьма развитой выглядит подсистема питания. Несколько крупных танталовых конденсаторов, расположенных на обратной стороне печатной платы даже заставляют предположить наличие некоей защиты от случайного отключения питания, хотя 3D XPoint в такой защите и не нуждается. Имеются и другие элементы, наличие которых не позволило накопителю уместиться в формат 2280. Чипов памяти на борту P4801X семь, по числу каналов контроллера; эта особенность была описана ещё в обзоре Optane SSD 900P. Прогресс, однако, велик: если в P4800X использовалась старая однокристальная версия 3D XPoint, то здесь установлены новые сборки с четырьмя кристаллами, что и позволило создать достаточно ёмкий накопитель формата M.2. Напоминаем, ранее при том же объёме требовалось 28 чипов памяти, что, конечно, не позволяло использовать данный форм-фактор.
Intel SSD DC P4801X (внизу) и новый ёмкий DC P4511
Также на ISC 2018 были представлены новые модели более традиционных твердотельных накопителей серии DC P4511. В них применена новейшая 64-слойная память типа 3D TLC, созданная альянсом Intel и Micron. Главное достоинство новых накопителей — низкий уровень энергопотребления при высоких ёмкостях, что позволит снизить и общее энергопотребление крупных ЦОД и ЦХД. Здесь защита по питанию выглядит более чем оправданной, как, впрочем, и наличие выделенного DRAM-кеша. На снимке фигурирует модель типа M.2 22110 ёмкостью 1 Тбайт, но семейство DC P4511 этой цифрой не ограничится. Intel планирует представить на рынке в первой половине текущего года модели и с более высокой ёмкостью в вышеупомянутом формате EDSFF, как в длинной, так и в короткой версии. В стандартном 19-дюймовом стоечном корпусе высотой 1U максимальная ёмкость подсистемы хранения данных за счёт установки 32 накопителей может достигнуть 1 Пбайт — невиданный ранее показатель для столь компактной системы.
Intel SSD DC P4511, вид сзади
Группа РСК, о которой мы уже рассказывали нашим читателям, российский разработчик производительных платформ и суперкомпьютеров, активно приветствует новые технологии Intel. Надо сказать, что энтузиазм в отношении Optane и 3D XPoint РСК демонстрирует ничуть не меньший, а может быть, даже и больший, нежели зарубежные разработчики систем того же класса — на ISC 2018 были продемонстрированы вполне работоспособные прототипы новых вычислительных модулей Tornado. Один такой узел в новой версии теперь сможет приютить до 12 накопителей. Для этого пришлось пожертвовать габаритами, и модули стали двойной высоты. В случае с P4801X итоговая ёмкость сравнительно невелика, всего 4,5 Тбайт, но производительность в соответствующих сценариях нагрузки обещает быть великолепной, тем более, что накопители подключены напрямую к процессорам, без использования коммутаторов. Планируются к выпуску модели с накопителями EDSFF, итоговая ёмкость, соответственно, будет выше.
Модуль RSC Tornado вмещает до 12 накопителей Optane
Также любые модули RSC теперь будут поставляться и в версии с накопителями Optane. Для систем, у которых одним из главных преимуществ заявлена поддержка NVMe Over Fabric это логично: быстрым накопителям — быстрые сетевые технологии. Вычислительная мощь у RSC Tornado вполне солидная для модуля, предназначенного к использованию в гиперкорвергентных системах: до 3,46 Тфлопс. Каждый модуль может вместить два процессора серии Xeon Gold 6154. Новинки RSC Tornado используют интегральную систему жидкостного охлаждения, причём, поддерживается и «горячий» режим с температурой теплоносителя до 63 градусов. На снимках хорошо видны стандартные фитинги с подключёнными шлангами контура СЖО. С учётом тепловыделения порядка 10 ватт на накопитель (формата M.2) жидкостное охлаждение приходится весьма к месту. Сетевая подсистема, столь важная для кластерных систем, представлена двумя портами InfiniBand 100G или OmniPath, так что с межузловой связью проблем быть не должно.
Коммутатор OmniPath класса 100G
Очевидно, что новый тип твердотельной памяти с нами надолго. Он уже демонстрирует ряд непревзойдённых характеристик. Если сегмент рынка, требующий максимальной ёмкости, останется за традиционными SSD, то приложения, требующие минимальных задержек, лучше всего будут чувствовать себя именно в паре с памятью типа 3D XPoint, альтернатив которой пока не видно. Существующие технологии, такие, как STT-MRAM, обладают слишком малой удельной ёмкостью, всего 32 Мбайт на корпус. Кеширующие накопители на базе этой памяти быстрее Optane (1,5 миллиона IOPS против 550 тысяч) и обладают практически тем же уровнем латентности, но пока могут похвастаться объёмом всего 2 Гбайт, что на два порядка меньше, нежели у решений Intel. Память типа SOT-MRAM уже возможно выпускать в промышленных масштабах, но проблема с удельной ёмкостью ещё не решена.
Источники:
