Данные, представленные в отчёте Coughlin Associates и Objective Analysis, говорят о том, что глобальный рынок памяти новых типов ожидают светлые времена. Речь идёт о развивающихся технологиях энергонезависимых чипов, которые найдут применение в самых разных областях. Авторы документа, в частности, рассматривают память с изменением фазового состояния (PCM), магниторезистивную память (MRAM), резистивную память с произвольным доступом (ReRAM), сегнетоэлектрическую оперативную память (FRAM) и пр.

Эксперты полагают, что изделия на основе новых технологий постепенно будут вытеснять привычные решения вроде NOR Flash, SRAM и DRAM. Причём это касается как самостоятельных чипов памяти, так и памяти, интегрируемой в другие устройства — микроконтроллеры, процессоры и интегральные схемы специального назначения. В результате, к 2031 году объём глобальной отрасли развивающихся типов памяти достигнет $44 млрд.

Источник: Blocks&Files

К примеру, в сегменте энергонезависимой памяти 3D XPoint, применяемой в накопителях Intel Optane, к началу следующего десятилетия прогнозируется выручка на уровне $20 млрд. К 2031-му доход от реализации чипов памяти MRAM и STT-RAM (магниторезистивная память на основе переноса спинового момента) может достичь $1,7 млрд, увеличившись в 42 раза по сравнению с 2020-м. А встраиваемая память ReRAM и MRAM, идущая на замену NOR и SRAM соответственно, по факту займёт ещё большую долю рынка.

UPD 08.09.21: ресурс Blocks & Files опубликовал график из вышеупомянутого исследования, а также комментарий одного из авторов, который утверждает, что, согласно наиболее оптимистичному прогнозу, к 2028 году по суммарной ёмкости поставки модулей памяти Optane PMem (ранее DCPMM) на базе 3D XPoint превысят поставки обычной DRAM.

Корпорация Intel, по сообщениям сетевых источников, готовит к выпуску накопители Optane P5801X и D7-P5520, рассчитанные на применение в оборудовании корпоративного класса. В частности, устройства будут использоваться в центрах обработки данных (ЦОД).

Изделия Intel Optane P5801X выполнены в формате Enterprise and Datacenter SSD Form Factor (EDSFF) E1.S. Этот стандарт по сравнению с устройствами типоразмера M.2 позволяет добиться более высоких показателей плотности хранения информации, скорости, надёжности и энергетической эффективности.

Известно, что в серию Optane P5801X войдут модели вместимостью 400 и 800 Гбайт. Скоростные характеристики пока, к сожалению, не приводятся. Пробные поставки изделий начнутся в следующем квартале.

Устройства Intel D7-P5520 также имеют формат EDSFF E1.S. Известно, что эта серия вберёт в себя модели ёмкостью 1,92, 3,84 и 7,68 Тбайт. Такие решения будут применяться в серверах с высокой плотностью компоновки. Intel начнёт поставлять образцы этих накопителей в текущем году.

Более подробную информацию о характеристиках и сроках доступности новых устройств хранения данных корпорация Intel обнародует позднее.

VAST DATA выпустила платформу хранения LightSpeed, само название которой уже намекает на высокую скорость работы. Решение построено на базе другого продукта компании — Universal Storage DASE (DisAggregated, Shared, Everything), которое было анонсировано в прошлом году. Что такого особенного в новой архитектуре и действительно ли хранилище получилось быстрым?

По словам VAST, ее универсальное хранилище (Universal Storage) — это полностью новая технология, которая использует последние технологии, такие как NVMe-over-Fabric, Storage Class Memory (SCM, в даном случае это Optane) и флеш-память QLC. Все это вместе позволяет создать полностью дезагрегированное хранилище с флеш-памятью NVMe, с масштабированием до эксабайта и с поддержкой различных рабочих нагрузок.

Основные преимущества VAST Universal Storage DASE:

• Масштабирование СХД до эксабайта и глобальное пространство имен: каждый сервер имеет доступ ко всем накопителям в кластере, устраняется необходимость в дорогостоящем ускорении операций чтения/записи на основе DRAM или в тиринге, гарантируя, что каждая операция чтения/записи будет выполняться на быстрых накопителях NVMe.
• Серверы слабо связаны в архитектуре VAST и могут масштабироваться почти до бесконечности, потому что им не нужно координировать операции ввода-вывода друг с другом и они не обрабатывают межкластерное взаимодействие, что обычно является основной трудностью в масштабировании систем хранения. Серверы VAST можно поместить в контейнеры и встроить в серверы приложений, чтобы обеспечить производительность NVMe-oF на каждом хосте;
• Глобальная трансляция QLC: архитектура VAST DASE оптимизирована для записи на недорогие носители QLC, позволяет увеличить их долговечность до 10 лет, за счет применения новых методов размещения данных, с использованием большого буфера записи SCM;
• Глобальная защита данных: компромисс между затратами на защиту данных и отказоустойчивостью системы достигается за счет новых алгоритмов, которые при большом количестве узлов обеспечивают накладные расходы в 2% (по сравнению с 33-66% для традиционных систем);
• Глобальное сжатие: VAST применяет собственные разработки для сжатия данных, которое может быть как глобальным, так и побайтовым. Система обнаруживает и использует шаблоны схожести данных в глобальном пространстве имен на уровне детализации, который в 4 000 – 128 000 раз меньше, чем современные подходы к дедупликации. Конечным результатом является система, которая реализует эффективные алгоритмы сжатия для всех видов данных, без ущерба для скорости доступа.

По заявлению VAST, новые платформы LightSpeed NMVe обеспечивают вдвое большую пропускную способность, чем системы предыдущего поколения.

Кластеры VAST LightSpeed доступны в трех вариантах конфигурации:

• 2 узла LightSpeed, обеспечивающие пропускную способность 80 Гбайт/с, с использованием 32 GPU;
• 5 узлов (Pentagon), обеспечивающие пропускную способность 200 Гбайт/с, с использованием 80 GPU;
• 10 узлов (Decagon), обеспечивающие пропускную способность 400 Гбайт/с, с использованием 160 GPU.

VAST в настоящее время сотрудничает с NVIDIA, чтобы использовать технологию NVIDIA GPU Direct Storage, что позволит получить значительный прирост в производительности для операций ввода/вывода.

Корпорация Intel сегодня представила передовой твердотельный накопитель для корпоративного применения — изделие Optane P5800X, обеспечивающее высочайшие показатели производительности. Это первые SSD компании, сочетающие интерфейс PCIe 4.0 и память Intel Optane базе второго поколения 3D XPoint.

Новые накопители будут доступны в форм-факторе U.2 и будут иметь ёмкость 400 Гбайт, 800 Гбайт, 1,6 Тбайт или 3,2 Тбайт. Скорость последовательного чтения у них достигает 7,2 Гбайт/с, а последовательной записи — 6,2 Гбайт/с.

Новинки могут похвастаться высочайшим показателем IOPS — операций ввода/вывода в секунду. При произвольных чтении и записи данных блоками по 4 Кбайт эта величина достигает 1 500 000. При этом задержка чтения в среднем составляет менее 6 мкс. В смешанном режиме чтения и записи задержка не превышает 25 мкс, а показатели IOPS достигает 1,8 млн.

В сравнении с первым поколением P4800X новинки практически утроили показатели пропускной способности и IOPS, улучшили показатели QoS и предсказуемость отклика накопителей, а также повысили надёжность: на протяжении срока службы они выдерживают по 100 полных перезаписей (DWPD) в сутки или до 584 Пбайт суммарно (PBW).

«Благодаря памяти Intel Optane компания изменила иерархию памяти и систем хранения данных, предоставив возможность использовать свои решения как на уровне производительности, так и на уровне хранения данных. Это позволяет создавать двухуровневые системы, где DRAM отвечает за быструю обработку информации, а энергонезависимая память выполняет функции хранилища. В случае систем хранения данных энергонезависимая память Optane используется как высокопроизводительный уровень, а NAND – как уровень для хранения больших объемов данных», — заявляет Intel. 

На конференции Sanford C. Bernstein Operational Decisions Conference компания Micron сообщила, что у нее есть планы по развитию SSD и DIMM-модулей на базе технологии 3D XPoint. Формально это прямая заявка на конкуренцию с Intel Optane через пару лет, когда Micron запустит свою серию продуктов 3D XPoint.

По заявлениям финансового директора Micron Дэйва Зинснера, компания будет продолжать создавать портфолио для 3D XPoint, он также отметил, что данная технология будет очень востребована в области искусственного интеллекта. В настоящее время Micron производит 3D XPoint для продуктов Intel Optane PMem 200 и твердотельных накопителей Micron X100, представленных в октябре 2019 года.

В ближайшие пару лет Micron планирует начать выпуск собственных накопителей 3D XPoint второго поколения, а также модулей DIMM 3D XPoint. По словам Дэйва Зинснера, у Micron до сих пор нет значительного дохода в этом сегменте, если не считать пластин 3D XPoint, которые они продают Intel. Кроме того, производственные линии 3D XPoint недостаточны загружены, что  прямо влияет на расходы Micron.

Hitachi Vantara обновила свои гиперконвергентные системы, добавив поддержку новых процессоров и памяти Intel Optane: изменения коснулись линеек HC и RS Unified Compute Platform (UCP). Ключевой аспект обновленного набора HCI-решений — повышение скорости работы.

Все новые платформы поддерживают Intel Optane в форм-факторе DIMM, кроме V225G (решение с поддержкой графических ускорителей поддерживает Intel Optane только в форм-факторе SSD).

Линейка UCP HC включает в себя кластеры до 64 узлов 1U и 2U (серверы Hitachi Vantara с процессорами Cascade Lake Xeon Refresh). Можно выбрать разные модели: all-flash NVMe, all-flash и гибридные модели. Все модели поддерживают vSphere vSAN.

Линейка RS позиционируется как программно-определяемый центр обработки данных (SDDC), поддерживает масштабируемость до 4256 узлов (до 8 стандартных серверных стоек). Решение включает в себя встроенные коммутаторы Cisco Nexus и поддержку общедоступных облаков, работает с VMware Cloud Foundation и Nutanix (который недавно тоже стал мультиоблачным).

Hitachi также обновила свое программное обеспечение для управления HCI. Обновление позволяет более быстро и гибко выделять необходимые ресурсы и имеет сертифицированную поддержку SAP HANA.

Устройства на базе энергонезависимой памяти 3D XPoint по брендом Optane уже достаточно давно занимают на рынке SSD уникальную нишу решений. Они особенно хорошо проявляют себя на мелкоблочных случайных операциях, и по этой причине снискали популярность в высокопроизводительных СХД в качестве кеш-накопителей. Цены на Optane не отличаются гуманностью и в 2020 году, но так ли уж выгодны они Intel?

Как говорит статистика, о прибыльности Optane корпорация Intel, точнее, её подразделение Non-volatile Solution Group (NSG), сложно было говорить очень долго. Начиная с 2016 года, каждый квартал, если верить аналитикам, NSG вынуждена была рапортовать об убытках, причём, иной раз достигающих 30-40%. Некоторые исключения можно было наблюдать в 2017 и 2018 годах, но лишь в отдельных кварталах и уже в начале 2019 подразделение было вынуждено вновь сообщить о существенных убытках.

Зарубежные источники сообщают, что в целом, производство и продажи устройств NAND в течение полугода, до второго квартала 2020, приносили Intel прибыль, однако именно Optane тянули общие показатели «на дно», сводя усилия компании не просто к нулям, а в область отрицательных значений. Но во втором квартале ситуация изменилась и NSG сообщила о прибыли на уровне $322 миллионов и доходности 19%. Это сопоставимо с финансовыми показателями таких конкурентов Intel NSG, как SK Hynix и Micron, хотя и ниже, чем, например, у Samsung или Western Digital.

Такие показатели свидетельствуют о том, что Optane, судя по всему, уже не является для NSG «якорем». Как утверждается, это произошло благодаря наращиванию объёмов выпуска таких устройства, что привело к срабатыванию эффекта масштаба и стоимость производства одной единицы продукции снизилась в достаточной степени. Ожидается, что тенденция останется положительной и в будущем.

Intel Optane в исполнении M.2 — подходящий вариант для высокоплотных СХД

Однако не исключается и возможность отказа Intel от выпуска Optane под собственным крылом — ранее компания уже отказалась от работ над многими типами энергонезависимой памяти, кроме NAND. В этот печальный список входят самые разные технологии, от SRAM и DRAM до экзотики вроде пузырьковой памяти и PCM.

Напомним, что в разработке 3D XPoint участвовал альянс Micron и Intel, и последняя в настоящий момент закупает кристаллы именно у бывшего партнёра. В свете тенденций Intel к концентрации усилий вокруг различных «сопроцессоров», включая ПЛИС, а также разработки программного обеспечения, существует некоторая вероятность того, что «синие» оставят в своём производстве лишь 3D NAND, особенно в набирающем популярность четырёхбитном варианте QLC.

В рамках Intel Architecture Day компания в очередной раз обновила своё видение иерархии памяти в серверных системах. К промежуточному слою в виде Optane DCPMM мы уже привыкли, замене HDD на ёмкие и дешёвые SSD с QLC NAND не удивляемся, а к появлению Rambo Cache начали готовить ещё в прошлом году.

Теперь вместо привычного стека из кеша CPU, RAM и SSD/HDD c LTO где-то на периферии в представлении Intel структура памяти включает аж 7 слоёв:

• Кеш CPU (SRAM): порядка сотни/сотен мегабайт и задержка на уровне 1 нс;
• Набортная память (Rambo Cache, HBM): единицы гигабайт, ~ 10 нс;
• Оперативная память (DRAM): десятки гигабайт, < 100 нс;
• Память SCM (Optane DCPMM): сотни гигабайт, < 1 мкс;
• Быстрое первичное хранилище (Optane SSD): единицы терабайт, < 10 мкс;
• Вторичное хранилище (QLC NAND SSD): десятки терабайт, < 100 мкс;
• Третичное хранилище (HDD): десятки терабайт, < 10 мс.

Начнём с «нижнего этажа». О том, что компания не станет выпускать 128-слойную флеш-память NAND, а сразу займётся 144-слойной QLC, стало известно ещё в прошлом году. Летом Intel напомнила о своём решении, сообщив, что массовый выпуск будет начат во втором полугодии 2020 года, а первые продукты должны появиться к концу года. Массовый перевод основных серий SSD на новый тип памяти состоится в первой половине 2021-го.

Несмотря на то, что формально новый тип памяти по характеристикам будет хуже предыдущих поколений, она тоже выиграет от перехода на PCIe 4.0 — переход к новым форм-факторам EDSFF, U.3 и другим даст возможность задействовать больше каналов, а рост плотности увеличит ёмкость накопителей. Так что они действительно смогут полностью вытеснить HDD в ряде сценариев использования.

Память 3D XPoint следующего поколения перейдёт с двухслойной компоновки на четырёхслойную, что приведёт к увеличению плотности и скорости работы. Первыми её получат NVMe-накопители Alder Stream. Новая память в сочетании с новым же контроллером PCIe 4.0 даст удвоение пропускной способности накопителей, миллионы IOPS и стабильно низкую задержку. Отдельно отмечается, что новая память оптимизирована для случайных мелкоблочных операций. Любопытно, что производиться новая 3D XPoint будет всё так же на заводах Micron и лишь потом закупаться Intel.

А вот модули Optane DCMM (или PMem) новую память, судя по всему, пока не получат. Анонсированные несколько месяцев назад «плашки» 200-ой серии под кодовым именем Barlow Pass по сравнению с первым поколением стали примерно на четверть быстрее, но остались в рамках прежнего теплопакета. Они ориентированы на работу с Intel Xeon Cooper Lake, их поддержку получат и грядущие Ice Lake-SP. Обе серии процессоров работают с DDR4, так что им, видимо, достаточно и текущих решений. А вот будущим Sapphire Rapids в связи с переездом на DDR5 уже точно понадобятся новые модули Optane: и SSD, и DCPMM.

Наконец, ещё один «кирпичик» в иерархии памяти — это Rambo Cache. Напомним, что он, в частности, будет использоваться в составе шины-фабрики X^e Memory Fabric с поддержкой когерентности, которая будет объединять CPU, GPU и другие ускорители в единое целое. Rambo Cache будет мостиком между непосредственно вычислительными блоками и набортной памятью ускорителей.

Все эти новые уровни иерархии нужны потому, что разрыв в плотности и производительности уже имеющихся слоёв хранения слишком велик, поэтому приходится закрывать эти «дыры» между ними. Это, в свою очередь, ускорит обработку данных и упростит масштабирование. Если, конечно, правильно распределять данные между всеми этими слоями.

В понятие «платформа» как таковое входят три компонента: процессор, память и устройства хранения данных, хотя с появлением Optane DCPMM грань между последними двумя понятиями и стала размываться. Вместе с анонсом Xeon Scalable Cooper Lake Intel представила второе поколение памяти Optane DCPMM, которе и предназначено для новых CPU.

Рост популярности систем машинного интеллекта и периферийной обработки данных приводит и к тому, что от подсистем памяти требуются большие, нежели ранее, объёмы. DRAM, однако, всё ещё очень дорогое удовольствие, когда речь заходит о терабайтах и десятках терабайт, а обычная флеш-память NAND не может похвастаться высокой производительностью на мелкоблочных и случайных операциях в силу своей структуры.

Intel не первый год продвигает концепцию Optane DCPMM: сам тип микросхем Optane (3D XPoint) хорошо подходит в качестве «продолжения» системной памяти, порой не критически уступая DRAM в производительности. При этом модули DCPMM энергонезависимы и могут быть весьма солидных объёмов, заведомо превышающих объёмы, достигаемые «чистой» DRAM.

DCPMM позволяет снизить стоимость владения при увеличении объёмов памяти и лучшей производительности

В прошлом году мы опубликовали заметку, рассказывающую о том, насколько хорошо смешанные системы на базе Optane DCPMM + DRAM показывают себя в научно-технических расчётах. И они доказали свою полезность, хотя речь шла о первом поколении модулей DCPMM. А сейчас компания Intel представила модули на базе Optane второго поколения, обладающие улучшенными техническими характеристиками.

Они носят название Optane 200 и, по замыслу разработчика, эти модули должны составить компанию платформе Cooper Lake-SP, третьему поколению Xeon Scalable. Максимальная ёмкость модуля по-прежнему составляет 512 Гбайт.

Эффективность новой DCPMM в сравнении с серверами трёхлетней давности

Общий объём смешанной памяти у систем на базе Cooper Lake может достигать внушительной цифры 4,5 Тбайт на процессорный разъём, хотя для этого и требуется процессор Xeon с суффиксом HL в названии. Отличный выбор для нагрузок вроде баз данных in-memory, аналитики в реальном времени, да и системы виртуализации от такого только выиграют — один сервер сможет вместить больше инстансов.

Новые модули имеют невысокий теплопакет, остающийся в рамках 12 ‒ 15 Ватт, но при этом они могут быть на четверть производительнее Optane DCPMM предыдущего поколения. По разным оценкам надёжность новинок варьируется в пределах 75 — 363 Пбайт, записанных в течение пятилетнего гарантийного срока. Поддерживаются частоты DDR4 1866, 2133, 2400 и 2666 МГц, тогда как сами процессоры Cooper Lake-SP получили поддержку и более быстрой DDR4-3200.

Вместе с новой памятью и процессорами компания также анонсировала накопители Intel D7-P5500 и D7-5600 с интерфейсом PCIe 4.0 и новую FPGA Intel Stratix 10 NX.

StorOne представила флеш-массив S1: Optane, объединяющий накопители на базе Intel Optane и NAND QLC. Новинка представлена в 2U-шасси, имеет два контроллера (Active-Active) с процессорами Intel Xeon SP, а общая емкость системы составляет 40 Тбайт.

Optane Flash Array (OFA) работает под управлением ОС StorOne S1 Enterprise Storage Platform, которая написана специально для использования новых типов флеш-накопителей. Основная идея нового массива — предоставить пользователям быстродействие на уровне Intel Optane, но без существенного повышения стоимости.

StorONE OFA поддерживает конфигурации с 3,4,6 или 8 накопителями Intel Optane и от 4 до 16 накопителей QLC. Варианты конфигураций позволяют выбрать необходимое соотношение производительность/емкость для клиентов. Базовая конфигурация OFA следующая: три накопителя Intel Optane DC P4800X 750 Мбайт как уровень кеша и «горячих данных», пять твердотельных накопителей Intel D5-P4320 NVMe 7,68 Тбайт для хранения данных.

При использовании Intel Optane отпадает необходимость выделять большой объем памяти на контроллере под кеш. ПО массива анализирует рабочие нагрузки и собирает данные в стандартные блоки для последовательной записи, оптимизированные по размеру страниц памяти на QLC-накопители. Такая схема работы повышает быстродействие массива и снижает износ твердотельных накопителей.

StorONE приводит в своем отчете следующие данные замеров производительности:

• 1,05 млн IOPS на случайном чтении при задержке не более 0,14 мс
• 310 тыс. IOPS на случайной записи при задержке не более 0,6 мс
• Пропускная способность последовательного чтения 10 Гбайт/с
• Пропускная способность последовательной записи 2,0 Гбайт/с

Показатели производительности впечатляют, однако если вам и этого мало, то OFA может горизонтально масштабироваться, обеспечивая до 3 миллионов операций ввода-вывода в секунду со скоростью последовательного чтения до 30 Гбайт/с. StorONE OFA будут доступны в ближайшие несколько недель, о ценах информация пока не доступна.