Réinventer la mémoire et le stockage dans le datacenter

Les technologies novatrices d'Intel transforment la hiérarchie de la mémoire et du stockage.

Des enjeux élevés dans le datacenter

La myriade de données générées promet de précieux renseignements et des innovations aux entreprises qui repensent et remanient leur architecture système. En revanche, celles qui ne procèdent pas à ce remaniement pourraient bien se retrouver dans une situation délicate, rien que pour éviter d'être ensevelies sous l'avalanche de données.

Le problème ne réside cependant pas uniquement dans le stockage des données brutes. Pour rester compétitives, les entreprises doivent accéder à et traiter toutes ces données de façon rapide et rentable pour les applications d'analytique, de recherche, d'intelligence artificielle (IA) et d'autres utilisations. Comme la mémoire et le stockage doivent permettre ce niveau de traitement, les entreprises luttent pour trouver un équilibre entre coûts élevés, capacités limitées et contraintes de performances.

Les différents types de mémoire et de stockage requis pour les différentes charges de travail rendent le défi encore plus décourageant. En outre, plusieurs technologies sont parfois utilisées ensemble pour parvenir à un compromis optimal entre coût et performances.

Intel relève ces défis avec de nouvelles technologies de mémoire et de stockage qui donnent aux entreprises les moyens de repenser l'architecture de leur datacenter.

Lacunes dans la hiérarchie de mémoire/stockage

Traditionnellement, les solutions de mémoire et de stockage étaient limitées en termes de densité, de performances et de coût. Tous les secteurs d'activité, de la grande distribution aux services publics en passant par la santé et la finance, ont subi cette contrainte. Par exemple, à mesure que les charges de données augmentent, certains fournisseurs de services Cloud éprouvent des difficultés à respecter les accords de niveau de service (SLA). Les établissements de services financiers peuvent se heurter à des limites de capacité et de performances lorsqu'ils doivent traiter rapidement des volumes de transactions élevés. Enfin, les entreprises ne parviennent pas à suivre le rythme des besoins d'analytique en mémoire découlant des différentes sources de données (clients, stocks, réseaux sociaux et Internet des objets [IoT]), principalement à cause des coûts élevés et de la capacité limitée de la RAM dynamique (DRAM).

Pour gérer efficacement les données, les entreprises doivent déterminer les composants d'infrastructure qui correspondent le mieux à leurs besoins et à leur budget. Il s'agit d'une tâche complexe, car chaque technologie de la hiérarchie possède ses forces et ses faiblesses :

  • Bien qu'exceptionnelle en termes de performances, la DRAM est chère, volatile et présente une évolutivité limitée.
  • Le stockage Flash (NAND) est non volatile et moins onéreux que la DRAM, mais ne dispose pas des performances de la DRAM.
  • Les disques durs rotatifs fournissent une gigantesque capacité de stockage au prix le plus bas, mais les disques physiques sont associés à des problèmes connus de coût total de propriété (fiabilité, espace physique requis, refroidissement et consommation d'énergie).

Collectivement, ces options de stockage traditionnelles ont laissé des lacunes importantes dans le continuum de mémoire et de stockage du datacenter, limitant les performances des applications. Les quantités de données en croissance constante et la nécessité d'accéder rapidement à davantage de données ont encore amplifié le problème. 

En particulier, deux écarts de mémoire et de stockage se distinguent pour les entreprises qui tentent de transformer leur datacenter :

  • Entre la DRAM coûteuse, de faible capacité et les unités de stockage SSD plus abordables basées sur la mémoire NAND.
  • Entre les SSD NAND plus lentes et les disques durs, moins coûteux mais également moins fiables.

Jusqu'à présent, les entreprises ne disposaient d'aucune option viable équilibrant coût, capacité et performances pour combler ces lacunes (voir Figure 1).

Figure 1. Le continuum traditionnel de mémoire et de stockage laisse d'importantes lacunes en termes de capacité, de coût et de performances

Combler les lacunes grâce aux technologies Intel®

Intel élimine les lacunes de la mémoire et du stockage dans le datacenter avec des solutions conçues pour fournir des performances, une capacité et une fiabilité élevées. Ces solutions offrent une faible latence et une valeur opérationnelle supérieure par rapport aux options traditionnelles. En particulier, trois familles de produits sont conçues pour combler les écarts de coût et de performances dans le datacenter en offrant la flexibilité nécessaire pour créer de nouveaux niveaux de données :

  • La mémoire persistante Intel® Optane™ DC représente une nouvelle catégorie de technologie mémoire et de stockage qui offre une capacité et une persistance élevées, le tout à un prix abordable. Elle permet aux entreprises de conserver de plus grandes quantités de données à proximité du processeur, afin que les charges de travail et les services puissent être optimisés pour réduire les temps d'attente et améliorer les performances.
  • Les SSD Intel® Optane™ DC conjuguent les attributs de la mémoire et du stockage avec un débit élevé, une faible latence, une qualité de service (QdS) élevée et une haute résistance.
  • Les SSD NAND 3D QLC Intel®, comme le modèle Intel® D5-P4320, offrent la densité de volume de données PCIe* (Peripheral Component Interconnect Express*) la plus élevée du marché, à un prix qui en fait la solution idéale pour remplacer les disques durs pour stocker les données moins fréquemment utilisées.

Ces produits novateurs vous permettent de réinventer les configurations du datacenter afin de traiter les charges de travail modernes et de maintenir la compétitivité de votre entreprise. Chaque produit est décrit en détail ci-dessous, avec des exemples concrets des avantages qu'ils offrent en termes de performances, de capacité et de coût.

La technologie Intel® Optane™ crée un nouveau niveau dans la hiérarchie des données

Les entreprises doivent reconsidérer les solutions selon des axes auparavant inimaginables, en s'adaptant aux nouvelles technologies et en évoluant pour répondre aux besoins de leurs clients. La technologie Intel® Optane™ est une nouvelle option de stockage non volatile basée sur la technologie Intel® 3D XPoint™, qui modernise l'architecture existante des datacenters avec un nouveau niveau dans la hiérarchie de la mémoire et du stockage, comblant l'écart qui existe entre la mémoire volatile hautes performances et le stockage NAND moins performant mais abordable. La technologie Intel® Optane™ offre une combinaison unique de faible latence, de qualité de service (QdS) élevée, de haute résistance et de débit élevé.

Figure 2. La technologie Intel® Optane™ combine les avantages de la DRAM en termes de performances avec ceux des SSD NAND en termes de capacité

La technologie Intel® Optane™ est idéale pour traiter les « données de travail », c'est-à-dire celles qui doivent être proches du processeur pour un accès rapide. Il s'agit ici de bénéficier d'un accès beaucoup plus rapide à encore plus de données pour un traitement en temps réel : analytique, transactions financières, réservations de vols et autres cas d'utilisation qui requièrent des temps de lecture-réponse rapides et prévisibles, quand les temps de réponse moyens sont insuffisants. Pour les données de travail, la prévisibilité et la constance des performances sont importantes, dès les premières requêtes.

La mémoire persistante Intel® Optane™ DC et les SSD Intel® Optane™ DC se fondent sur la technologie Intel® Optane™. Néanmoins, comme décrit ci-dessous, chaque composant se présente dans un format différent et peut être utilisé séparément ou ensemble dans le datacenter afin d'offrir aux entreprises de nouvelles options de mémoire et de stockage innovantes.

La mémoire persistante Intel® Optane™ DC vous permet d'étendre ou de remplacer la DRAM coûteuse

La mémoire persistante Intel® Optane™ DC est un produit disrupteur qui comble l'écart entre la DRAM et les SSD Intel® Optane™ DC. Pour les entreprises qui dépendent du traitement de données en mémoire, la mémoire persistante Intel® Optane™ DC permet d'accéder à des quantités nettement supérieures de données « chaudes » (c'est-à-dire souvent sollicitées) pour l'IA, l'analytique, le calcul intensif (HPC) et d'autres utilisations.

Contrairement à la DRAM traditionnelle, la mémoire persistante Intel® Optane™ DC allie densité et persistance élevées à un prix abordable. En étendant les capacités de la mémoire système abordable (plus de 3 To par socket de processeur), les entreprises ont la possibilité de mieux optimiser les charges de travail de leur datacenter en rapprochant du processeur de plus grandes quantités de données et en minimisant la latence supérieure d'accès aux données associée au stockage système non volatile traditionnel.

La mémoire persistante Intel® Optane™ DC sera disponible partout en 2019, en même temps que la sortie de la nouvelle génération de plate-forme évolutive Intel® Xeon®.

Figure 3. Module de mémoire persistante Intel® Optane™ DC

L'unité SSD Intel® Optane™ DC P4800X s'attaque aux données de travail dans le datacenter

Les SSD Intel® Optane™ DC P4800X ressemblent à des SSD standard mais, comme elles se fondent sur la technologie Intel® Optane™, elles ne sont pas basées sur la mémoire NAND. Leur architecture unique fournit des performances révolutionnaires, à la fois plus rapides et plus uniformes que les SSD basées sur NAND. Ces dernières affichent généralement des temps de lecture rapides mais des temps d'écriture lents, encore plus lents sous la pression des opérations haute fréquence. À l'inverse, l'architecture des SSD Intel® Optane™ DC leur permet de réaliser des écritures au niveau des octets ou des pages pour des résultats plus rapides et nettement plus prévisibles, avec des performances d'écriture/lecture plus équilibrées et aucune nécessité de récupérer les données erronées.

L'unité SSD Intel® Optane™ DC P4800X maintient des temps de lecture/écriture uniformes, quel que soit le débit d'écriture appliqué au disque. Le graphique de la Figure 4 montre la latence nettement inférieure d'une SSD Intel® Optane™ DC par rapport à une SSD NAND 3D Intel® de la génération actuelle, en particulier sous la pression des opérations d'écriture aléatoire de plus en plus nombreuses. Contrairement aux SSD basées sur NAND, la latence de l'unité SSD Intel® Optane™ DC reste constamment faible pour toutes les requêtes d'écriture1.

Figure 4. La SSD Intel® Optane™ DC P4800X fournit une latence constamment faible par rapport à une SSD NAND 3D Intel®1

Cette combinaison de latence faible uniforme et de haute résistance permet aux SSD Intel® Optane™ DC de fonctionner beaucoup plus efficacement comme dispositifs de mise en cache que les solutions basées sur NAND.

Une étude d'Evaluator Group a montré l'impact du remplacement d'une solution de mise en cache des écritures et de stockage entièrement Flash par des SSD Intel® Optane™ DC dans la couche de mise en cache. Les tests réalisés avec le banc d'essai IOmark-VM* ont révélé qu'un système équipé de processeurs évolutifs Intel® Xeon® et d'unités SSD Intel® Optane™ DC P4800X pour la couche de mise en cache fournissait des niveaux de prix/performances jusqu'à trois fois plus élevés que les systèmes et les supports de stockage de la génération précédente2.

La SSD Intel® Optane™ DC P4800X est en outre nettement plus résistante que les disques basés sur NAND. Par exemple, un comparatif réalisé entre deux unités actuellement commercialisées montre jusqu'à 60 écritures par jour (DWPD) pour le modèle Intel® Optane™ DC P4800X et seulement 3 DWPD pour le modèle Intel® DC P4600 basé sur NAND3. Les SSD Intel® Optane™ DC sont donc nettement plus résistantes dans les environnements de cache à trafic élevé.

La mémoire persistante Intel® Optane™ DC peut aussi être associée à des SSD Intel® Optane™ DC afin de créer un niveau entièrement nouveau, flexible, semblable à la mémoire, comme le montre la Figure 5. Les précieuses données traditionnellement coincées dans un stockage NAND plus lent sont rapidement accessibles et exploitables.

Figure 5. La mémoire persistante Intel® Optane™ DC peut aussi associée à des SSD Intel® Optane™ DC pour créer un niveau entièrement nouveau permettant de traiter les données de travail chaudes et les données de capacité tièdes pour l'analytique en mémoire (en rouge = données « chaudes », en jaune = données « tièdes » et en bleu = données « froides »)

Optimiser les logiciels pour profiter des performances de la technologie Intel® Optane™

Si l'ajout de SSD Intel® Optane™ DC à une infrastructure de datacenter existante se traduit par des gains de performances sensibles, les optimisations logicielles peuvent fournir des performances encore meilleures pour les applications fonctionnant sur la technologie Intel® Optane™. En particulier, les logiciels open source conviennent aux SSD Intel® Optane™ DC, car les développeurs peuvent modifier les applications pour profiter des avantages de la SSD Intel® Optane™ DC P4800X.

Chez Oracle, par exemple, un architecte responsable des performances a optimisé MySQL* pour la SSD Intel® Optane™ DC P4800X, ce qui a permis de quintupler les performances sur les charges de travail lourdes liées aux entrées/sorties (E/S). Il a également obtenu un million de lectures à partir d'une seule SSD Intel® Optane™ DC4.

Dans un autre exemple, des optimisations pour Direct I/O* ont permis d'obtenir une efficacité jusqu'à 48 % supérieure dans Java 10* par rapport à Buffered I/O*5. Ces optimisations ont des répercussions importantes pour les entreprises qui ont recours à des charges de travail d'IA ou des bases de données qui dépendent de Java, telles que Cassandra* ou Apache HBase*.

Les architectes logiciels peuvent se servir des outils et des kits de développement existants pour optimiser les performances de la technologie Intel® Optane™. Les ressources suivantes d'Intel vous aideront à vous lancer :

Étendre la mémoire avec Intel® Memory Drive Technology

Il est également possible de configurer les SSD Intel® Optane™ DC comme une mémoire étendue à l'aide du logiciel Intel® Memory Drive Technology. Ce logiciel intègre de façon transparente une SSD au sous-système de mémoire et la fait apparaître comme de la DRAM, sans modification à apporter au système d'exploitation ni aux applications. Intel® Memory Drive Technology peut servir à remplacer une partie de DRAM et réduire le coût global de la mémoire ou à augmenter le pool de mémoire au-delà des capacités de la DRAM pour répondre aux besoins.

En fait, Apache Spark* est cinq fois plus rapide en ajoutant le logiciel Intel® Memory Drive Technology avec une SSD Intel® Optane™ DC P4800X4.

Optimiser la capacité de stockage avec des SSD NAND 3D QLC Intel®

À mesure que l'efficacité de la technologie NAND augmente et que son prix diminue, les disques mécaniques s'avèrent de moins en moins utiles. Dernière avancée en date, les SSD NAND 3D QLC Intel® pourraient bien reléguer les disques rotatifs aux scénarios de stockage de données les plus froids.

Les SSD NAND 3D QLC Intel® sont conçues pour fournir la fiabilité des dispositifs flash, à des densités supérieures et un à prix abordable. Ces avantages éliminent les obstacles qui empêchent le remplacement des disques durs traditionnels, généralement plus lents, moins fiables, qui consomment plus d'énergie, exigent plus de ressources de refroidissement et affichent une empreinte de données supérieure par rapport aux dispositifs flash.

Figure 6. En abandonnant les disques durs au profit des SSD NAND 3D QLC Intel®, les entreprises réalisent des économies importantes de consommation d'énergie, de refroidissement et de maintenance, avec une empreinte inférieure du datacenter6 7

Associées à la technologie Intel® Optane™, les SSD NAND 3D QLC Intel® accélèrent les données fréquemment sollicitées, tout en offrant les avantages, en termes de prix et de capacité, de la technologie flash par rapport aux disques durs pour une capacité de stockage gigantesque. Les entreprises sont ainsi en mesure de combler l'écart coût/capacité de stockage entre les SSD Intel® Optane™ DC et les disques durs. En outre, comme les SSD NAND 3D QLC Intel® offrent une fiabilité élevée à un prix abordable, de nombreuses entreprises peuvent s'en servir pour remplacer leurs disques durs.

Consolider les données grâce aux formats innovants proposés par Intel

Intel propose également de nouvelles solutions de de stockage dont le format contribue à combler l'écart coût/capacité. Médaillées d'or au concours International Design Excellence Award en 2018, les SSD NAND 3D d'Intel au format « règle » améliorent la densité, la gestion et la maintenance, tout en présentant des caractéristiques thermiques qui révolutionnent l'architecture des serveurs.

Grâce à leur forme et à leurs caractéristiques uniques (basées sur le format EDSFF), des fournisseurs tels que Supermicro sont en mesure de loger 32 unités « règles » Intel d'une capacité de 32 To chacune dans un seul serveur 1U, fournissant jusqu'à un péta-octet de données par serveur8.

Repenser le stockage des datacenters

Les technologies Intel® permettent aux entreprises modernes de stocker, traiter et gérer rapidement et avec flexibilité de gigantesques quantités de données pour l'analytique, l'IA, le calcul intensif et d'autres charges de travail en comblant les lacunes de mémoire et de stockage avec une gamme complète d'options, de la mémoire persistante Intel® Optane™ DC à la SSD Intel® Optane™ DC P4800X en passant par les SSD NAND 3D QLC Intel® et les formats « règle » haute capacité.

Ensemble, les technologies et produits de stockage d'Intel offrent aux architectes de datacenters la flexibilité dont ils ont besoin pour répondre aux besoins de performances, de capacité, de fiabilité et de prix de leurs applications et charges de travail métiers. Le moment est venu de réinventer la mémoire et le stockage avec les technologies Intel® Optane™ et NAND 3D QLC Intel®.

Plus d'infos

Repensez votre datacenter avec les technologies de stockage d'Intel. Rendez-vous sur intel.com/content/www/fr/fr/storage pour vous lancer.

Infos sur le produit et ses performances

1

Source – Testé par Intel : le temps de réponse correspond à la latence moyenne de lecture mesurée à une profondeur de file d'attente de 1 pendant une séquence d'écriture aléatoire 4K à l'aide de FIO 3.1. Reportez-vous à la note de bas de page 1 ci-dessus pour voir la configuration.

2

Tests réalisés par The Evaluator Group, pour le compte d'Intel. Pour en savoir plus sur la configuration : https://www.evaluatorgroup.com/document/lab-insight-latest-intel-technologies-power-new-performance-levels-vmware-vsan-2018-update/. Précédente configuration : processeur Intel® Xeon® E5-2699 v4, ESXI ESXi600-201803001 Build 7967764, Ubuntu Linux 18.04, BIOS 2600WT SE5C610.86B.01.01.0024. Support de stockage : 1 unité de stockage SSD Intel® DC série S3700 de 800 Go + 6 unités de stockage SSD Intel® série S3510 de 1,6 To. Performances : 320 pour IOmark-VM, rapport prix/performances : 684 $/MV ; configuration actuelle : processeur Intel® Xeon® Gold 6154, ESXI ESXi-6.7.0-8169922 Build 8169922, Ubuntu Linux 18.04, BIOS SE5C620.86B.00.01.0013.030920180427. Support de stockage : 2 unités de stockage SSD Intel® DC série P4800X de 375 Go + 5 unités de stockage SSD Intel® DC série P4500 de 4 To, performances : 1152 pour IOmark-VM, rapport prix/performances : 216 $/MV. Support de stockage : 1 unité de stockage SSD Intel® DC série P3700 + 4 disques durs Seagate 10K de 1 To, performances : 88 pour IOmark-VM-HC, rapport prix/performances : 2 153 $/IOmark-VM-HC ; configuration actuelle : support de stockage : 2 unités de stockage SSD Intel® DC série P4800X + 4 unités de stockage SSD Intel® DC série P4500 de 4 To, performances : 704 pour IOmark-VM-HC. Rapport prix/performances : 684 $/IOmark-VM-HC**. Rapport prix/performances : 237 $/IOmark-VM-HC. Les résultats de performance s'appuient sur les tests réalisés en date du lundi 20 août 2018 et peuvent ne pas refléter toutes les mises à jour de sécurité disponibles. Pour obtenir plus de détails, veuillez lire les informations de configuration.

3

Intel. Consultez les caractéristiques du produit dans le tableau de la page « Fiche produit : unité de stockage SSD Intel® Optane™ DC P4800X ». https://www.intel.fr/content/www/fr/fr/products/docs/memory-storage/solid-state-drives/data-center-ssds/optane-ssd-dc-p4800x-p4801x-brief.html.

4

Les résultats de performance s'appuient sur les tests réalisés en date du jeudi 20 septembre 2018 et peuvent ne pas refléter toutes les mises à jour de sécurité disponibles. Pour obtenir plus de détails, veuillez lire les informations de configuration. Aucun composant ou produit ne saurait être totalement sécurisé. Source : Intel. Configuration du système : système serveur Intel®, 2 processeurs Intel® Xeon® Gold 6154, 384 Go de mémoire DRAM DDR4, disques de base de données : 2 unités de stockage SSD Intel® Optane™ DC P4800X (375 Go) et 1 unité de stockage SSD Intel® DC série P4510, 1 unité de stockage SSD Intel® DC série S4510, CentOS 7.5* (noyau 4.18 (elrepo)), BIOS SE5C620.86B.00.01.0014.070920180847, type de système : carte mère pour serveurs Intel® S2600WFT. Serveur MySQL 8.0.13*, Sysbench 1.0.15* configuré pour un partage des transactions OLTP (traitement des transactions en ligne) à 70/30 en lecture/écriture avec une base de données de 100 Go. 30 % de la mémoire de la base de données réservée à MySQL (30 Go).

5

Les résultats de performance s'appuient sur les tests réalisés en juillet 2018 et peuvent ne pas refléter toutes les mises à jour de sécurité disponibles. Pour obtenir plus de détails, veuillez lire les informations de configuration. Aucun produit ne saurait être totalement sécurisé. Source : Intel : configuration du système : carte mère pour serveurs Intel® S2600WFT de type White Box, 2 processeurs Intel® Xeon® Gold 6154 à 3,00 GHz avec 36 cœurs virtuels, 64 Go de mémoire DDR4 DIMM synchrone à 2 666 MHz (0,4 ns) (4 x 16 Go), 1 unité de stockage SSD Intel® Optane™ DC P4800X PCIe* (Peripheral Component Interconnect Express*) NVMe* (NVM Express*) de 750 Go (version du micrologiciel : E2010324), 1 unité de stockage SSD Intel® DC série P4500 PCIe* NVMe* de 4 To (version du micrologiciel : QDV10150), version du BIOS Intel® : SE5C620.86B.00.01.0013.030920180427, distribution CentOS 7.4* avec noyau 4.15.7. En savoir plus sur OpenJDK* sur : OpenJDK. « JDK 10 ». Mars 2018. https://openjdk.java.net/projects/jdk/10/.

6

Alimentation, refroidissement, consolidation des économies de coûts. Sur la base d'un disque dur : disque dur 4 To 7 200 tr/min, AFR de 2 % et puissance active de 7,7 W, 24 disques dans 2 U (1 971 W de puissance totale) https://www.seagate.com/files/www-content/datasheets/pdfs/exos-7-e8-data-sheet-DS1957-1-1709US-en_US.pdfUnité de stockage SSD : 22 W de puissance active 44 % AFR, 32 disques dans 1 U (704 W de puissance totale) ; coût de refroidissement basé sur un déploiement sur cinq ans avec un coût du Kwh de 158 USD et le nombre de watts nécessaire pour refroidir 1 watt 1,20 basé sur disque dur 3,5" 2U 24 disques et EDSFF 1U Long 1U 32 disques. Stockage hybride basé sur l'utilisation d'une unité de stockage SSD TLC Intel® pour le cache.

 

7

Économie de coût pour le remplacement de l'unité de stockage. Calcul : Disque dur 2 % AFR x 256 unités x 5 ans = 25,6 remplacements en 5 ans ; unité de stockage SSD : 0,44 % AFR x 32 unités x 5 ans = 0,7 remplacement en 5 ans.

 

8

Supermicro. « Les systèmes prennent en charge l'accès avant à chaud à 32 disques EDSFF pour un maximum de 1 Po de stockage NVMe* rapide à faible latence dans un rack 1U ». Source : « Supermicro Opens New Era of Petascale Computing with a Family of All-Flash NVMe 1U Systems Scalable up to a Petabyte of High Performance Storage » (Supermicro ouvre la voie au Petascale Computing grâce à une famille de systèmes NVMe tout-flash en rack 1U prenant en charge des capacités de stockage hautes performances de l'ordre du pétaoctet). Août 2018. https://www.supermicro.com/newsroom/pressreleases/2018/press180807_Petabyte_NVMe_1U.cfm. Source du produit SuperStorage SSG-136R-NR32JBF : https://www.supermicro.com/products/system/1U/136/SSG-136R-NR32JBF.cfm.