Intel Optane: พบกับอนาคตของระบบจัดเก็บข้อมูลภายใน Data Center

Intel Optane อาจจะมีผลต่อการปฏิวัติเทคโนโลยีสำหรับศูนย์ข้อมูล, การปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงาน ในขณะที่มีการนำแอพพลิเคชั่นระดับไฮเอนด์มาใช้เพื่อเป็นการช่วยลดค่าใช้จ่าย

ในปัจจุบันนี้พบว่า มีการเติบโตของแอพพลิเคชั่นระดับองค์กรขนาดใหญ่ (Enterprise Application: EA) มากขึ้นเรื่อยๆ โดยมีรูปแบบของงานที่ต้องอาศัยการใช้งานข้อมูลอย่างเข้มข้น (Data-intensive) เนื่องจากองค์กรต่างๆ ต้องการที่จะผลักดันเพื่อให้ปัจจัยการผลิตและผลงานของพวกเขาเพิ่มมากขึ้น ขณะเดียวกันก็กำลังมองหาข้อมูลเชิงลึกและคุณค่าให้เร็วยิ่งขึ้น ทั้งนี้ก็เพื่อให้ได้เปรียบในการแข่งขันมากที่สุด องค์กรที่ใหญ่ที่สุด ต่างก็ต้องการสถาปัตยกรรมที่จะช่วยส่งเสริมในด้านความรวดเร็ว Intel Optane จะทำให้พวกเขามีขอบเขตในการคิดค้น และสามารถตอบสนองความต้องการได้เร็วยิ่งขึ้น ซึ่งจะเป็นการเปลี่ยนการดำเนินงานหรือประสบการณ์ของลูกค้า ขณะที่ผู้ประกอบการรายเล็ก ก็กำลังมองหาเทคโนโลยีที่จะสามารถช่วยให้พวกเขาลงแข่งขันในตลาดที่ยิ่งใหญ่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ด้วยต้นทุนที่ต่ำลง

ในบางครั้งองค์กรธุรกิจอาจจะต้องพบกับปัญหาความล้มเหลว ที่มีสาเหตุมาจากหน่วยความจำและสถาปัตยกรรมระบบจัดเก็บข้อมูลแบบดั้งเดิม ซึ่งการจัดเก็บข้อมูลแบบ SSD ที่มีหน่วยความจำแฟลชชนิด NAND แบบเดิม ดูเหมือนว่าจะช่วยในเรื่องของประสิทธิภาพการทำงานได้ แต่ในขณะที่ในบางสถานการณ์ มันต้องใช้ความรวดเร็วอย่างเห็นได้ชัด ในบางกรณีที่คุณมีคำขอ Input/output ที่รอดำเนินการเป็นจำนวนมาก (ที่เราเรียกกันว่า Queue Depth สูง) ความเร็วเหล่านั้นไม่จำเป็นต้องเพิ่มขึ้นตลอดช่วงเวลาทั้งหมดของสถานการณ์ แต่ค่าความหน่วงของเวลาที่ใช้รับส่งข้อมูล (Latency) ที่ค่อยๆ เพิ่มขึ้นพร้อมกับปัญหาประสิทธิภาพการทำงานที่ลดลงจนต้องสะดุด ซึ่งแอพพลิเคชั่นที่จัดการกับชุดข้อมูลขนาดใหญ่ในแบบเรียลไทม์ หรือการจัดกับการประมวลผลมีความซับซ้อนแบบ High-Performance Computing ด้วยความรวดเร็ว จะถูกทำให้ล่าช้าเมื่อข้อมูลที่พวกเขาต้องการที่จะพึ่งพากระทบกับปัญหาคอขวด

สำหรับบางแพลตฟอร์มและบาง Workloads การทำงานบนระบบฐานข้อมูลที่ถูกจัดเก็บอยู่บนหน่วยความจำทั้งหมด (in-memory) คือคำตอบ แต่ถ้าเป็นเช่นนั้น ก็เป็นคำตอบที่เกี่ยวข้องกับการลงทุนที่ส่วนใหญ่ – อาจจะเป็นอีกเรื่องหนึ่งที่ยากที่จะทำการปรับสำหรับธุรกิจจำนวนมาก ซึ่งค่าใช้จ่ายที่แท้จริงที่เกี่ยวข้องกับเรื่องนี้ สามารถรับประกันได้เลยว่า แอพพลิเคชั่นเหล่านี้ยังคงเป็นแนวคิดหรือแผนการที่เป็นไปได้ยากมาก หรือเป็นไปไม่ได้เลยสำหรับผู้ประกอบการธุรกิจขนาดกลางและขนาดย่อม

ด้วยเทคโนโลยีหน่วยความจำ Intel Optane, อินเทลได้ค้นพบเส้นทางที่จะนำไปสู่อนาคตที่ดีกว่า ซึ่งเป็นการนำเสนอดาต้าเซ็นเตอร์ด้วยการผสมผสานกันอย่างลงตัวของ: ประสิทธิภาพการทำงานของแรมที่ทนทาน - และค่าใช้จ่ายในการจัดเก็บข้อมูล ซึ่ง Optane ได้นำเสนอประสิทธิภาพการทำงานที่มีค่า Latency ที่ต่ำมากและยังให้ประสิทธิภาพการทำงานที่สูงกว่า NAND แม้จะไม่มีค่า Queue Depth ที่สูงขึ้น ประสิทธิภาพของ Optane ก็ยังคงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว เพื่อที่คุณจะได้ไม่ต้องรอให้ความเร็วเพิ่มขึ้นในขณะที่มีการดำเนินการของข้อมูล – ซึ่งประสิทธิภาพของมันแทบจะเพิ่มขึ้นนับตั้งแต่ที่มีคำสั่งออกไป

Intel Optane ทำงานอย่างไร?

Optane ได้ทำการรวบรวมมีเดียสำหรับการจัดเก็บข้อมูลในรูปแบบของ 3D XPoint ไว้ด้วยซอฟต์แวร์จัดเก็บข้อมูล Intel, ตัวควบคุมหน่วยความจำและสตอเรจ Intel รวมทั้ง Intel Interconnect IP ซึ่งมีเดียในรูปแบบ 3D XPoint มีการใช้โครงสร้างที่แตกต่างออกไปจากหน่วยความจำแบบ solid-state ที่ใช้ NAND แบบธรรมดาทั่วไป โดยที่เส้นตั้งฉากที่เชื่อมต่อกับคอลัมน์จะประกอบไปด้วยเซลล์หน่วยความจำที่มีขนาดเล็กมาก ซึ่งแต่ละตัวจะมีสายที่เชื่อมต่ออยู่ที่แกนหนึ่งและด้านอื่น ๆ ที่เชื่อมต่ออยู่ที่ด้านล่าง โครงสร้างเหล่านี้ถูกจัดเรียงซ้อนกันเพื่อเพิ่มความหนาแน่นสูงสุด ข้อได้เปรียบก็คือ เซลล์แต่ละเซลล์จะสามารถแยกแยะได้โดยการเลือกสายไฟสองเส้นที่เชื่อมต่อโดยเฉพาะ ซึ่งข้อมูลจะถูกอ่านและเขียนโดยการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าที่ส่งไปยังตัวเลือกแต่ละตัว และไม่จำเป็นต้องมีทรานซิสเตอร์ที่เซลล์หน่วยความจำแต่ละเซลล์ ช่วยให้เซลล์สามารถบรรจุได้หนาแน่นมากยิ่งขึ้น

เช่นเดียวกับ NAND,สำหรับ 3DpixPoint ซึ่งเป็นหน่วยความจำแบบ (Non-volatile) ซึ่งทำให้มันเหมาะเป็นอย่างมากสำหรับการเก็บรักษาข้อมูล ด้วยคุณสมบัติที่มีความคงทนเป็นอย่างมาก นอกจากนี้ยังทนทานต่อการอ่านและเขียนมากกว่า NAND โดยไม่มีผลกระทบใดๆ ที่สำคัญ และความจุของมัน – ที่มีมากเป็น 8-10 เท่าของ DRAM ทำให้มันมีความเป็นไปได้ที่จะอัดหน่วยความจำได้มากขึ้นในพื้นที่ที่น้อยลงและด้วยค่าใช้จ่ายที่ลดลง ประกอบกับวัสดุที่สามารถสับเปลี่ยนได้อย่างรวดเร็วและการออกแบบการเชื่อมต่อที่เหมาะสำหรับ Low-delay และถ้าคุณมีเทคโนโลยีการจัดเก็บข้อมูลที่มีประสิทธิภาพสูงกว่า SSD แบบ NAND ในการอ่าน / เขียนแบบสุ่ม ภายใต้ Write load หรือสำหรับการทดสอบในแบบ low queue depth; นี่คงเป็นสถานการณ์ที่อาจจะพูดได้ว่า เป็นการสะท้อนให้เห็นถึงวิธีการที่ดีกว่า ที่ดาต้าเซ็นเตอร์ต้องการใช้งานเพื่อเป็นพื้นที่ในการจัดเก็บข้อมูล

Intel Optane + Xeon Scalable

เพื่อให้เกิดประโยชน์สูงสุดอย่างแท้จริงสำหรับ Intel Optane คุณสามารถเป็นพาร์ตเนอร์กับมันได้ ด้วยสถาปัตยกรรม Xeon Scalable ใหม่ ของ Intel ที่นับว่าเป็นการเปลี่ยนแปลงที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในรอบยี่สิบปีของซีพียู Xeon ในส่วนของ Xeon Scalable ที่ประสบความสำเร็จในรูปแบบของข้อมูลขนาดใหญ่, การเพิ่มประสิทธิภาพของสูงสุด (High-performance) และ Low-latency workloads ซึ่ง Optane ยังคงโดดเด่นอยู่ในขณะนี้ นอกจากนี้ Xeon Scalable ไม่ได้ถูกออกแบบมาเพื่อรับกับสภาพการทำงานที่โหดร้ายเพียงอย่างเดียว แต่ยังมีความสามารถในการทำงานร่วมกันระหว่างคอมพิวเตอร์, Network และความสามารถในการจัดเก็บข้อมูล ซึ่ง Optane ก็มีลักษณะเฉพาะที่สามารถทำให้ระบบต่างๆเหล่านี้ทำงานร่วมกันได้เป็นอย่างดี

Optane ในศูนย์ข้อมูล

สำหรับข้อดีของ Optane ซึ่งถ้าดูจากรายงานก็คงรู้สึกถึงความน่าตื่นเต้น แต่สิ่งที่เป็นประโยชน์เหล่านั้น มันสามารถนำมาใช้งานจริงได้อย่างไร นั่นอาจจะเป็นคำถามที่หลายคนให้ความสนใจ อย่างไรก็ตาม แม้ว่าการโฆษณาเกี่ยวกับ Optane จะมุ่งเน้นไปที่ประสิทธิภาพการทำงานของหน่วยความจำ Optane ในส่วนของ High-performance Desktops และ Workstation เป็นส่วนใหญ่ แต่ Optane ก็ยังมีในส่วนอื่นๆที่จะนำเสนอเพื่อให้ศูนย์ข้อมูลมีประสิทธิภาพการทำงานที่ดีขึ้น รวมถึง SSD ที่มีความจุสูง หรือในส่วนของโมดูล Optane DC Persistent Memory ที่ได้รวมพื้นที่จัดเก็บข้อมูลแบบ non-volatile ที่มีความคงทน พร้อมด้วยการเพิ่มความเร็วในการทำงานของ DRAM

Optane ทำให้รู้สึกถึงความแตกต่างที่สัมผัสได้ เมื่อคุณเข้าใช้งานซอฟต์แวร์ Business Intelligence ระดับไฮเอนด์ หรือโปรแกรม การวิเคราะห์ workloads โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อต้องทำงานร่วมกับชุดข้อมูลที่ต้องการหน่วยความจำทีมีความจุสูง ด้วยคุณสมบัติที่มีค่าความหน่วงต่ำ (Low-latency) ของ Optane ช่วยให้มันเข้ากันได้อย่างเหมาะสมกับแอพพลิเคชั่นใดก็ตาม ที่ความหน่วงของมันส่งผลให้เกิดปัญหาคอขวด โดยพื้นที่จัดเก็บข้อมูลยังคงตอบสนองได้ดี แม้อยู่ภายใต้ภาวะที่มีปริมาณงานที่มากเกินไป, ค่า latency ที่ลดลง, แอพพลิเคชั่นสามารถส่งมอบธุรกรรมต่อวินาทีได้มากกว่าขึ้น อย่างสม่ำเสมอ ตลอดช่วงระยะเวลาของการดำเนินการที่ต่อเนื่อง

ที่มากไปกว่านั้น Optane ช่วยให้คุณสามารถสร้างพูลหน่วยความจำที่นอกเหนือไปจากความจุของดีแรม (DRAM) ทำให้คุณสามารถเพิ่มหน่วยความจำได้โดยไม่ต้องซื้อแรมเพิ่มเติม ซึ่งจะช่วยให้ severs สามารถส่งมอบประสิทธิภาพการทำงานในหน่วยความจำ ตลอดการทำงานของปริมาณงานจำนวนมาก แม้ว่า DRAM จะเป็นการช่วยเสริมเพียงแค่ 1/3 -1/10 ของความจุโดยรวมเท่านั้น นี่เป็นข่าวใหญ่ เมื่อ Optane มีค่าใช้จ่ายประมาณครึ่งหนึ่งต่อหนึ่ง GB เมื่อเทียบกับปริมาณ DRAM ที่เท่ากัน

สรุป

นี่คงเป็นสิ่งที่ดีที่สุดในสภาพแวดล้อมแบบเวอร์ช่วลไลซ์ที่หนักหน่วง แต่ก็ยังจัดว่ายอดเยี่ยมสำหรับการประมวลผลที่ให้ประสิทธิภาพสูง หรือ AI และแอพพลิเคชั่นการเรียนรู้ของเครื่องจักร (Machine Learning) โดยเป็นการทำงานแบบ In-memory ซึ่งมีความสำคัญต่อประสิทธิภาพการทำงาน นอกจากนี้ Optane ยังสามารถช่วยให้เรียกใช้โปรแกรม Simulations ที่ซับซ้อนด้วยความเร็วที่สูงขึ้น เพื่อเป็นการลดค่าใช้จ่าย ซึ่งมันสามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยปิซาใช้เทคนิคการสุ่มแบบ Undersampling และการประมาณค่าในช่วง (Interpolation) ในการตรวจ MRI ด้วยการลดเวลาในการตรวจสอบจาก 40 นาที ให้เหลือเพียงแค่ 2 นาที โดยไม่ส่งผลต่อความถูกต้องหรือการใช้ประโยชน์ของผลลัพธ์

คุณสามารถรับมือกับโครงการต่างๆ ที่โดยทั่วไปแล้วมีความเกี่ยวข้องกับ DRAM ที่มีขนาดความจุสูงๆได้ ด้วยการทำงานร่วมกันของ DRAM และ Optane ซึ่งจะเป็นการช่วยลดค่าใช้จ่ายสำหรับเงินลงทุนเริ่มแรก (Initial investment) และลดต้นทุนในการดำเนินงาน แม้แต่แอพพลิเคชั่นที่เคยใช้เป็นแหล่งเก็บข้อมูลขององค์กรที่ใหญ่ที่สุด ก็ยังตกลงไปสู่สถานะที่องค์กรขนาดเล็กก็สามารถเข้าถึงได้ ในขณะที่แอพพลิเคชั่นที่มีอยู่ ก็ยังสามารถเพิ่มขนาดได้ด้วยต้นทุนที่ต่ำลง ด้วยรูปแบบที่เรียบๆ ของมัน Optane อาจจะเป็นการปฏิวัติเพื่อเปลี่ยนแปลงระบบเดิมๆ ที่ไม่เพียงแต่เป็นการเพิ่มประสิทธิภาพให้กับดาต้าเซ็นเตอร์เท่านั้น แต่ยังมีส่วนช่วยให้วิศวกรมีแพลตฟอร์มที่มีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้นในการคิดค้นและสร้างสรรค์สิ่งใหม่ ๆ ด้วยค่าความเร็วที่สูงกว่า, ค่า Latency ต่ำ, ความทนทานที่เพิ่มมากขึ้น, ช่วยลดค่าใช้จ่าย – จากทั้งหมดที่กล่าวมานี้ Optane กำลังนำเสนออนาคตการจัดเก็บข้อมูลของดาต้าเซ็นเตอร์ในขณะนี้

ที่มา:http://www.itpro.co.uk