حافظه Optane SSD فوق سريع اينتل و تجربيات پايگاه داده آئرواسپايك از آزمايش آن
شركت اينتل چند وقت پيش به‌طور رسمي از حافظه‌ي ظرفيت بالاي Optane SSD مبتني بر فناوري حافظه‌ي سه‌بعدي رونمايي كرد و ركورد سرعت ذخيره‌سازي را شكست. اينتل به دنبال همين روند، تصميم به عرضه‌ي حافظه‌ي ذخيره‌سازي Optane براي استفاده در رايانه‌ي دسكتاپ گرفت كه در ۲۴ آوريل وارد بازار خواهد شد. اخبار تخصصي، علمي، تكنولوژيكي، فناوري مرجع متخصصين ايران را همراهي كنيد تا جزئيات مربوط به نسخه‌ي دسكتاپ Optane و تجربيات پايگاه داده‌ي آئِرواسپايك از نسخه‌ي سرور حافظه‌ي اس‌اس‌دي Optane را شرح دهيم.
حافظه‌ي اس‌اس‌دي Optane فقط با پردازنده‌ي كبي ليك اينتل سازگار است.
با اين اوصاف، خريد حافظه‌ي ذخيره‌سازي جديد ۳ بعدي آپتِين شركت اينتل ديگر يك رؤياي دست‌نيافتني نخواهد بود. اين تراشه‌ساز بلندآوازه به‌تازگي يك ماژول حافظه‌ي آپتين طراحي كرده است كه براي افزايش عملكرد رايانه‌هاي دسكتاپ به كار خواهد رفت. اين حافظه يك درايو كش است و تنها ۱۶ يا ۳۲ گيگابايت ظرفيت دارد. نسخه‌ي سرور اين ماژول ۳۷۵ گيگابايت ظرفيت ذخيره‌سازي دارد و با نام DC P4800X شناخته مي‌شود. از لحاظ انديشه متخصصيني، تركيب تأخير بسيار كم ۱۰ ميكروثانيه‌اي حافظه‌ي آپتين با حداقل سرعت ۹۰۰ مگابايت بر ثانيه‌اي حافظه‌ي حالت جامد در اوج بار خواندن ترتيبي، به‌طور چشم‌گيري بايد زمان كلي بارگذاري را كاهش دهد.
اينتل در انديشه متخصصين دارد هر دو ماژول ۱۶ و ۳۲ گيگابايتي حافظه‌ي آپتين دسكتاپ را در ۴ ارديبهشت (۲۴ آوريل) به ترتيب با برچسب ارزش ۴۴ دلار و ۷۷ دلار روانه‌ي بازار بكند. با اين اوصاف، اين حافظه‌ها بسيار مقرون به‌صرفه خواهند بود. سيستم‌هاي رايانه‌اي مجهز به حافظه‌ي آپتين متعلق به سازندگاني همچون ايسوس، دل، اچ‌پي و لنوو در سه‌ماهه‌ي دوم سال جاري ميلادي به بازار عرضه خواهند شد. فقط نبايد انتظار ارتقاء يك رايانه‌ي شخصي قديمي را با اين حافظه داشته باشيد. براي بهره‌مندي از قابليت‌هاي حافظه‌ي يادشده، نيازمند سيستمي خواهيد بود كه مجهز به هفتمين نسل از پردازنده‌ي اينتل موسوم به كبي ليك و چيپست مطابق با آن باشد.
ارزش ارتقاء سيستم به خاطر بهره‌مندي از اين حافظه بستگي به موقعيت متخصص دارد. اگرچه شركت اينتل اعتقاد دارد كه حتي در صورت داشتن حافظه‌ي SSD در سيستم، باز هم شاهد افزايش سرعت و عملكرد سيستم خواهيد بود؛ اما در صورتي كه فقط از حافظه‌ي SSD بهره مي‌بريد و نياز ظرفيت ذخيره‌سازي مورد انديشه متخصصين شما را برآورده مي‌كند، بهتر است از ارتقاء سيستم صرف انديشه متخصصين كنيد. اين حافظه بيشتر براي متخصصاني است كه از HDD استفاده مي‌كنند و بدون صرف هزينه‌ي اضافه براي خريد حافظه‌هاي SSD ظرفيت بالا و گران‌ارزش، قصد افزايش سرعت و عملكرد سيستم خود را دارند.
حالا پس از گذشت چندين مدت، شركت آئرواسپايك كه پايگاه داده‌اي به همين نام ساخته، تجربيات خود را از آزمايش حافظه‌ي Optane در اين پايگاه داده به اشتراك گذاشته است كه در ادامه‌ي مقاله به تشريح آن خواهيم پرداخت.
شركت آئرواسپايك دريافت كه هنگام استفاده از حافظه‌هاي اس‌اس‌دي آپتين اينتل، سرعت اجراي دستورات در پايگاه داده به‌طور چشم‌گيري افزايش مي‌يابد. به جهت سرعت فوق‌العاده زياد، جذابيت و ارزش گران حافظه‌ي Optane ظرفيت بالاي اينتل، اين حافظه‌ها را مي‌توان به خودروي فراري حافظه‌هاي ذخيره‌سازي تشبيه كرد.
دسترسي به اين نوع حافظه هنوز براي همه مقدور نيست. اين موضوع در ماه ميلادي گذشته و هنگام رونمايي اينتل از حافظه‌ي اس‌اس‌دي آپتين DC P4800X كاملا تصريح شد. حافظه‌ي آپتين DC P4800X، براي نرم‌افزارهاي سطح بالايي مانند نرم‌افزارهاي پايگاه داده‌ي موجود در سرورها در انديشه متخصصين گرفته شده است. با اين حال همان‌طور كه قبلا اشاره شد، حافظه‌ي ظرفيت پايين Optane به‌عنوان حافظه‌ي ذخيره‌سازي كش در مادربردها امكان اجراي سريع‌تر سيستم عامل ويندوز 10 و ساير نرم‌افزارهاي موجود در آن را فراهم مي‌كند.
شركت اينتل قبل از عرضه‌ي رسمي، حافظه‌هاي اس‌اس‌دي Optane را بيش از يك سال در اختيار چند مصرف‌كننده‌ي انتخابي قرار داد تا اين فناوري جديد را مورد ارزيابي قرار دهند. شركت‌هايي كه حافظه‌ي Optane را مورد ارزيابي قرار داده‌اند شامل آي‌بي‌ام، فيسبوك، لنوو و شركت پايگاه داده‌ي آئِرواسپايك بوده است. اين شركت‌ها عقيده دارند كه حافظه‌ي Optane مي‌تواند حافظه‌هاي اس‌اس‌دي و DRAM را متحد كند.
پايگاه داده‌ي آئرواسپايك داراي يك معماري تركيبي است كه از مزاياي حافظه‌ي Optane در كنار هردو حافظه‌ي NAND و DRAM بهره مي‌برد. آزمايش بتاي حافظه‌ي Optane به خاطر متفاوت بودن با حافظه‌ي فلش NAND و نيازمندي نرم‌افزار به سازگار شدن با مموري تركيبي (hybrid) آپتين و ويژگي‌هاي ذخيره‌سازي بسيار مهم است. به گفته‌ي مدير عامل شركت اينتل، برايان كرزانيچ، حافظه‌ي Optane مي‌تواند نقش منحصربه‌فردي در فرآيند بافرينگ بازي‌هاي رايانه‌اي اجرا كند؛ در اين صورت، اين بازي‌ها بسيار سريع‌تر در رايانه‌هاي شخصي بارگذاري خواهند شد.
اينتل ادعا مي‌كند كه در مقايسه با يك رايانه‌ي شخصي داراي ديسك سخت چرخان معمولي؛ با بهره‌مندي از اين حافظه، عملكرد كلي بايد تا ۲۸ درصد افزايش يابد و عملكرد فرآيند ذخيره‌سازي در ديسك سخت تا ۱۴ برابر سريع‌تر شود. اينتل اظهار مي‌كند كه با بهره‌مندي از حافظه‌ي آپتين به‌عنوان يك حافظه‌ي كش، بارگذاري نرم‌افزارهاي محبوبي مانند مرورگر كروم گوگل يا اوت‌لوك مايكروسافت ۵ تا ۶ برابر سريع‌تر خواهد شد. جاي تعجب نيست كه شركت اينتل بخش بسيار بزرگي از اين فناوري را براي بهبود عملكرد بازي‌هاي رايانه‌اي تخصيص داده است. به ادعاي اين شركت، بازي‌هاي رايانه‌اي با بهره‌مندي از حافظه‌ي يادشده تا ۶۷ درصد سريع‌تر شروع مي‌شوند و بارگذاري مراحل آن تا ۶۵ درصد سريع‌تر خواهد شد.
سرعت خواندن و نوشتن تصادفي حافظه‌ي Optane به ترتيب ۳ و ۱۰ برابر حافظه‌هاي اس‌اس‌دي متداول است.
به ادعاي اينتل سرعت نوشتن تصادفي حافظه‌ي SSD آپتين DC P4800X تا ۱۰ برابر و سرعت خواندن آن تا ۳ برابر بيشتر از اس‌اس‌دي‌هاي متداول است. سخن‌گوي اينتل اظهار كرده است كه حافظه‌ي P4800X براي اجراي روزانه‌ي نرم‌افزارها يا وظايف دائمي مناسب نيست. سال آينده، شركت اينتل فروش ماژول‌هاي رم دوخطي (DIMM) آپتين را براي جايگزيني با DRAM آغاز خواهد كرد. ماژول‌هاي رم دوخطي Optane به خاطر بهره‌مندي از گذرگاه حافظه‌ي سريع‌تري كه حافظه‌ي اصلي را به كنترلر حافظه متصل مي‌كند، پايدارتر و سريع‌تر از فناوري‌هاي مبتني بر اس‌اس‌دي خواهند بود؛ بنابراين بايد قادر به خواندن و نوشتن داده‌هاي بيشتري باشند. اينتل ادعا مي‌كند كه ماژول‌هاي DIMM چگالي گيگابايتي بيشتري نسبت به DRAM ارائه خواهند داد. حافظه‌ي Optane مبتني بر فناوري 3D Xpoint است. فناوري يادشده نوعي مموري غير فرار بر پايه‌ي مقاومت سلول‌ها است.
همان‌طور كه اشاره شد، شركت آئرواسپايك بيش از يك سال و قبل از عرضه‌ي رسمي به‌وسيله‌ي اينتل، فرصت مطالعه حافظه‌ي Optane را در اختيار داشته است. طبق گفته‌ي بنيان‌گذار و مدير ارشد بخش فناوري در آئرواسپايك، برايان بالكُوسكي، پلتفرم آزمايش اينتل وسيع بوده و كمك شاياني به ورود سريع‌تر حافظه‌ي Optane نسبت به حافظه‌ي فلش NAND به بازار كرده است.
بالكُوسكي اظهار كرده است كه حافظه‌ي ذخيره‌سازي Optane مي‌تواند ۱۰ برابر بيشتر از حافظه‌هاي فلش NAND امروزي موسوم به سلول سه سطحي (TLC) و سلول چند سطحي (MLC) امروزي بنويسد. به علاوه، اين نوع از حافظه سرعت نوشتن بسيار بالاتري هم نسبت به آن‌ها دارد.
تفاوت چشم‌گيري در نحوه‌ي كاركرد حافظه‌ي Optane با حافظه‌ي فلش NAND وجود دارد. در حافظه‌ي Optane، داده مي‌تواند در سطح يك بيت در دسترس باشد؛ بر خلاف حافظه‌ي NAND كه داده‌ها در يك بلاك قرار دارند. حافظه‌ي Optane برخلاف حافظه‌ي فلش متعارف NAND يا درايوهاي سخت چرخان، قادر به اعمال تغيير در بيت‌ها و بايت‌ها است. عملكرد حافظه‌ي فلش NAND مبتني بر بازنويسي داده است و نرم‌افزاري كه داده‌هاي موقت و ناخواسته‌ي باقي‌مانده در حافظه را به‌طور خودكار حذف مي‌كند، اقدام به پاك‌سازي داده‌ها از بلاك خواهد كرد. اين فرآيند مي‌تواند باعث كاهش زمان خواندن داده شود. توانايي آدرس‌دهي داده در سطح يك بيت، سرعت خواندن و نوشتن حافظه‌ي Optane را بسيار سرعت مي‌بخشد.
حداكثر نرخ پايداري نوشتن حافظه‌ي اس‌اس‌دي آپتين، ۳۰ درايو در روز است.
همچنين به گفته‌ي بالكُوسكي، به‌طور متوسط حافظه‌ي Optane داراي نرخ پايداري نوشتن ۳۰ درايو در روز است؛ در حالي كه حافظه‌هاي فلش ناند در حداكثر حالت خود داراي نرخ پايداري ۱۰ درايو در روز هستند. حافظه‌ي Optane به دليل سرعت بخشيدن به وظايف حياتي و حساسي مانند فهرست سازي پايگاه داده، انعطاف‌پذيري فوق‌العاده‌اي به نحوه‌ي گسترش دادن نرم‌افزار در آئرواسپايك مي‌دهد. انعطاف‌پذيري بالاي پايگاه داده‌ي آئرواسپايك به لطف معماري حافظه‌ي تركيبي است؛ به اين معني كه قادر به گسترش يافتن در انواع مختلفي از سيستم‌ها شامل آرايه‌ي تماما فلش، زيرساخت‌هاي همگرا و مشابه يا سراسر خدمات ابري عمده‌اي مانند AWS شركت آمازون است.
نرم‌افزار به‌طور قابل ملاحظه‌اي از طريق مديريت ذخيره‌سازي پيوسته‌ي مستقيم، سازگار با يك توپولوژي كلاستر (وضعيت خوشه‌اي) است. معماري پايگاه داده مي‌تواند به بخش‌هايي تبديل شود و به واسطه‌ي تكرار پايگاه داده، در سرورهاي به‌هم‌پيوسته براي دسترسي سطح بالا راه‌اندازي شود. حافظه‌ي Optane زمان رفت و برگشت را در شبكه كاهش مي‌دهد و در نتيجه باعث به وجود آمدن پايگاه داده‌اي با ضريب اطمينان بالا و سريع‌تر مي‌شود. پايگاه داده‌ي آئرواسپايك قادر به كمك‌رساني براي ايجاد محيطي است كه در آن حافظه‌ي Optane مي‌تواند به‌عنوان يك حافظه‌ي رم براي پردازش‌هاي داخل حافظه يا يك اس‌اس‌دي براي فرآيند كش كردن يا حتي فضاي ذخيره‌سازي مورد استفاده قرار بگيرد.
به گفته‌ي جيمز مايرز، سرپرست معماري راهكار NVM شركت اينتل، اس‌اس‌دي‌هاي آپتين مي‌توانند به‌وسيله‌ي شبيه‌سازي DRAM و با كمك ناظر ماشين مجازي موسوم به هايپروايزر به‌منظور افزايش ظرفيت مموري در سرورها به كار گرفته شوند. براي عملي كردن اين كار، شركت اينتل نرم‌افزاري تحت عنوان Memory Drive براي درايوهاي ذخيره‌سازي آپتين به فروش خواهد رسانيد. نرم‌افزار Memory Drive يك لايه‌ي مجازي‌سازي است كه به شبيه‌سازي حافظه‌ي DRAM به وسيله‌ي حافظه‌ي Optane كمك مي‌كند. بالكُوسكي همچنين اظهار كرد:
عملكرد پايگاه داده زماني كه فناوري 3D Xpoint با ماژول‌هاي رم دوخطي به سمت گذرگاه مموري پيش مي‌رود، به نقطه‌ي اوج خود خواهد رسيد و در اين حالت، بسيار سريع‌تر از گذرگاه NVMe/PCI-Express براي حافظه‌هاي اس‌اس‌دي خواهد شد.
نوآوري‌هاي جالب كنوني در حال گذار به‌سوي پروتكل انتقال داده‌ي NVM-F هستند كه اتصال‌هاي ذخيره‌سازي تعريف‌شده به‌وسيله‌ي نرم‌افزار را بدون مديريت حجم كانال فيبري برقرار مي‌كند. اين پروتكل تحت شبكه‌هايي همچون اترنت مسير مستقيم و سريعي به حافظه‌هاي ذخيره‌سازي مانند Optane فراهم مي‌كند. طبق اظهار بالكُوسكي، اين پروتكل همچنين به نقشه‌برداري پايگاه داده در اين حافظه‌ي جديد انعطاف‌پذيري مي‌بخشد.
قضاوت نهايي متعلق به خريداران حافظه‌ي Optane است. شركت IBM در خدمات ابري Bluemix خود از حافظه‌هاي ذخيره‌سازي Optane استفاده كرده است كه مي‌تواند سبب صرفه‌جويي بسيار زيادي در هزينه‌هاي آن شود. بالكُوسكي اظهار كرده است كه شركت او بر اساس عملكرد، بودجه و عادات خريد، پيشنهادهايي در مورد حافظه‌ي ذخيره‌سازي ارائه خواهد داد. او در ادامه گفت كه ممكن است ماژول‌هاي رم دوخطي Optane آينده، ارزش اضافه‌اي به مصرف‌كنندگان تحميل كنند.
مي‌توانيد هم انديشي ها خود را درباره‌ي حافظه‌ي آپتين اينتل در وب‌سايت به اشتراك بگذاريد.
هم انديشي ها