從計算機誕生以來，數據金字塔就存在，它涵蓋最上層的CPU、中層的內存，以及底層的閃存、硬盤。CPU和內存能夠最快速地處理數據，但是不能保留數據；HDD能夠長久存儲數據，但是存在讀寫性能和時延等問題，因此，數據洪流時代，最底層的數據存儲層目前已經成為制約企業數字化進程的最大瓶頸。英特爾致力於通過傲騰和3D NAND技術填補當前存儲層級中的巨大鴻溝，幫助企業消除制約數據流動和數據處理方面的瓶頸，最大化挖掘數據價值。
“存儲金字塔”的進化之路
今天隨著數據的爆炸式增長，如人工智能、物聯網等新技術的成熟，人們對於數據處理的極高需求與底層存儲技術之間的不匹配感越來越強烈。數據增長的越多，在內存和存儲上的數據堵塞越嚴重，人們愈發希望擴大內存，在DRAM上存儲更多數據，同時需要保持低時延，不能和CPU的運算速度相差太遠。
海量數據時代，企業不僅面臨更復雜的數據處理需求，對於數據實時分析的需求也明顯增加。人們按照數據的訪問頻度把數據分為冷、溫、熱數據，其中經常訪問的數據佔全體數據總量的約10%,但人們通常需要花費90%的時間來訪問這10%的數據。這樣看來，一個理想的計算平臺，存儲之間需要通過分層，達到與CPU和內存之間的容量和性能的平衡。因此，需要把頻繁訪問的數據向上移動靠近內存、不經常訪問的數據向下移動靠近SSD甚至於HDD。如果每個層級的容量能夠達到上一層級的10倍，同時性能只有十分之一，這樣每一層級都（自下而上）可以保留“更熱”的數據，使處理器實現快速訪問。
過去幾年，英特爾推出傲騰技術和英特爾3D NAND技術來填補內存和SSD之間的缺口。傲騰技術是對內存的擴展和延續，而英特爾3D NAND技術則能夠實現滿足海量數據存儲的需求。基於傲騰技術和英特爾3D NAND技術，“存儲金字塔”模式整體進化。最底層可以由大容量、低延遲，運用英特爾3D NAND技術的SSD替代；中間由高吞吐量、高性能、超低延遲，且使用傲騰技術的非易失性持久內存代替；最上層則用CPU、內存來代替。對此，英特爾公司中國區非易失性存儲事業部總經理劉鋼指出，這樣的組合能夠讓整個分層存儲更高效，“當主存儲已經採用NAND SSD以後，其實10%的熱點數據或沸點數據應該放在更快的存儲介質裡面去，當主存儲從硬盤提升到NAND之後，那些熱點數據要放在傲騰持久內存裡。”
英特爾傲騰和3D NAND的技術創新之路
誠如前言，數據規模每三年成長兩倍，DRAM大約每四年增長兩倍，硬盤平均每五年提升兩倍，根本無法與大數據的增長速度保持平衡。這也使得“存儲金字塔”中的DRAM、NAND、HDD存儲介質面臨巨大挑戰，主要表現在容量、時延和帶寬三個方面。正如劉鋼所說，目前金字塔中，一是DRAM的存儲容量沒有跟上，二是3D NAND時延沒有跟上，三是3D NAND的容量增大但是吞吐量沒有增加。基於此，英特爾傲騰技術和QLC NAND技術將持續在這三個層面發力進行創新。
英特爾將於明年在業內率先推出用於數據中心級固態盤的144層QLC（四級單元）NAND，以進一步提升數據響應速度，滿足以數據為中心的計算需求。英特爾基於更先進、更可靠的浮柵技術，可以堆疊更多層的3D NAND。浮柵技術工藝更加複雜，但是數據保留更可靠，可以更好地做堆疊，當要實現QLC時，浮柵技術可以讓3D NAND更加可靠。
目前在英特爾的大連工廠，已經可以生產96層QLC，明年將生產144層QLC。同時劉鋼表示，採用了全新的技術的3D NAND不僅實現了更多的堆疊，同時每個單元可以做到更多的電子水平，密度更高，在同一個堆片上可以做到更高的密度。“我們也有信心，可以實現在同一個芯片上面更高的存儲密度。如果說64層3D NAND是把原來的2D NAND從平面變成高樓大廈，那即將出現的144層QLC就是‘摩天大樓’。”
與此同時，英特爾傲騰技術也會進行創新。目前的傲騰架構中間是基於兩層的3D XPoint材料來設計；下層是控制電路，不佔存儲的面積，保證了芯片的高效率。英特爾同時分享了明年即將推出的全新傲騰產品，能夠比今天傲騰產品的性能時延再降低4倍，吞吐量提高3倍。其主要架構設計是把傲騰架構中間的兩層的3D XPoint材料升級到4個堆層，這樣的優勢能夠一方面增大容量，一方面實現時延和吞吐量的提升，也進一步提升了3D XPoint與DRAM的競爭優勢。
同時針對大容量，英特爾除了在芯片介質上通過144層QLC閃存顆粒提升存儲密度，也從整個平臺和系統角度出發進行創新。3D NAND芯片出來之後，英特爾通過集成到Ruler這種新的存儲形狀裡去，使每一個Ruler可以做到的存儲容量達到32TB，在1U的服務器可以做到1PB的容量，從而通過每個芯片的高容量實現整個系統的高容量。
浪潮聯合英特爾的應用創新之路
浪潮作為全球領先的綜合雲解決方案和服務提供商，提供全面的解決方案和服務。浪潮與英特爾也有著長期合作，涵蓋服務器到存儲，完整的堆棧解決方案等方面。近期，浪潮聯合英特爾推出中國首款採用傲騰雙端口NVMe SSD的中端全閃存儲—AS5000G5-F系列，實現了高達800萬IOPS、0.1ms延時，是當前業界最高性能的中端存儲。
浪潮存儲產品線副總經理孫斌談到浪潮最新存儲系統基於傲騰技術的創新，主要是聚焦到NVMe，或者是NAND介質，尤其是Optane介質上進行技術創新。
第一，軟件層面的創新。傲騰技術和3D NAND介質需要軟件系統的支撐，特別是底層的驅動層面要重構，進而需要對整個軟件戰略層面進行重構。基於英特爾傲騰數據中心級固態盤，浪潮在Ceph、HBase、Spark、Redis等方面做了方案實踐測試，都獲得了良好的性能。如浪潮K-DB數據庫使用傲騰固態盤代替普通SSD磁盤建庫和建表性能提升1-2倍，數據加載和壓力測試表現了20~40%左右的性能提升。
第二，基於低延遲的創新。傲騰數據中心級持久內存有APP DIRECT MODE（AD）和MEMORY MODE（MM）兩種模式。直接訪問模式要應用優化，內存模式則可以直接當內存使用。浪潮在與一些客戶業務應用測試中兩種模式都有使用。通過用NVMe雙端口Optane的介質，浪潮基於內存進行重構，做到了以個位數微秒的延遲來提供存儲。
第三，分層存儲的創新。孫斌表示在應用全閃、NVMe時，面對Optane這樣新的介質，分層技術也在演進。他指出，“舉例來看，分層的顆粒度從以前以MB為單位發展到今天以KB為單位，分層、遷移的時間也從以天、小時為單位，發展到現在以分鐘計算。還有很重要的一點，我們傳統分層總是會放到大家使用最多的硬盤上，但現在都是全閃存儲，而且如果只落在TLC上面，性能得不到有效的提升，因此存放在哪裡就變成了我們需要面對的問題。我們需要根據這個地址判斷數據的冷熱屬性，將分層作為Tier 0沸點，生產應用數據，從而在讀寫上進行加速。”
第四，元數據存儲的創新。元數據通常佔存儲容量的1%，隨著元數據越來越大，元數據的緩存從以前的內存或部分SSD，現在遷移到NVMe上面基於Optane的接口上，達到更低的時延。“浪潮稱為沸數據或者熱數據，我們需要加速它的訪問，因此浪潮也需要在元數據的快速存取上更好地利用NVMe接口的全閃NAND和Optane技術進行創新。”孫斌分享到。
通過攜手合作夥伴，英特爾持續以技術創新、應用實踐讓存儲金字塔架構能夠更加清晰、順暢，讓沸數據、熱數據、溫數據、冷數據分別能夠在合適的存儲介質中發揮更大的價值，從而最大化發揮數據基礎設施價值，助力企業業務創新和發展，加速企業數字化轉型。
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