Стремительное увеличение числа интеллектуальных, подключенных к сети устройств, всевозможных цифровых сервисов и «облачных» приложений приводит к взрывному росту объёмов данных. Всё это позволяет создавать новые возможности практически в любых аспектах нашей повседневной жизни, начиная с «умных» городов и беспилотных автомобилей, заканчивая высокоточной персонализированной медициной, компьютерными играми с эффектом погружения и многим другим.
В то же время, действие закона Мура приводит к дальнейшему расширению возможностей обработки данных, что создает фантастические возможности и позволяют трансформировать характер вычислений как на устройствах, так и в «облаке», чтобы максимально полно использовать накапливаемые данные. Применение аналитических инструментов для своевременного получения информации, на основе которой можно принимать решения, создаёт необходимые условия для новых открытий и сервисов в самых различных сферах, например, для определения последовательности генома, профилактического обслуживания производственных линий или выявления краж в магазинах. Однако основная задача при этом заключается в том, чтобы переместить данные намного ближе к центральному процессору.
Исторически так сложилось, что производительность памяти значительно отставала от роста производительности процессоров, в результате чего нередко можно было наблюдать ситуации, когда процессору приходилось ожидать, пока данные поступят на обработку с устройств хранения. Кроме того, мы были ограничены количеством доступной ёмкости запоминающих устройств, и тем, насколько близко эти устройства могли находиться от центрального процессора. Эти два ограничения создавали определённое узкое место при работе с данными, и фактически мы могли наблюдать технологический вакуум между памятью DRAM и дисковыми накопителями. Но с появлением новых технологий, которые отвечали требованиям к памяти и к иерархии хранения, эта ситуация постепенно стала меняться.
Опираясь на своё глубокое понимание проблем материаловедения и компьютерных архитектур, Intel продвигает инновации, чтобы значительно ускорить темпы развития систем хранения данных и технологий памяти, и таким образом практически устранить это узкое место. На наш взгляд, два наших новейших технологических изобретения – технология 3D XPoint™ и память 3D NAND – являются теми ключевыми факторами, которые позволят удовлетворить растущий спрос на высокопроизводительные системы хранения, обусловленный огромными объёмами данных и новыми вычислительными возможностями.
Увеличение объёмов памяти и повышение производительности устройств хранения обеспечивают значительную ценность для облака, благодаря чему мы можем продолжать автоматизировать сбор данных и эффективным образом анализировать увеличивающиеся объёмы данных. Всё это создаёт для компаний условия для более эффективного ведения бизнеса. Потребность в инновациях в сфере устройств хранения и технологий памяти вполне очевидна, а открывающиеся возможности весьма велики, где бы ни использовались эти технологии – в послепродажном обслуживании, для оптимизации цепочек поставок, для выявления мошенничества в финансовой сфере или для проведения исследований в области высокоточной медицины, где в режиме реального времени обрабатываются и анализируются большие наборы генетических данных. Приведём пример: Facebook и Intel тесно работают над внедрением технологии Intel® Optane™, и Facebook в настоящее время занимается перепроектированием своей иерархии хранения, чтобы воспользоваться преимуществами этой новой технологии. Первые опытные тесты прототипов твердотельных накопителей Intel Optane, построенных с использованием технологии 3D XPoint Memory Media, демонстрируют десятикратное снижение задержек и трёхкратное увеличение пропускной способности по сравнению с твердотельными накопителями на базе NAND памяти[i], что обеспечивает значительно более скоростное перемещение данных между подсистемой хранения и центральным процессором.
Доступность более высокопроизводительных систем хранения и больших объёмов памяти обеспечивает целый ряд преимуществ для множества новых устройств, позволяя создавать впечатления с еще более полным эффектом погружения за счёт более естественного взаимодействия с пользователем. Возьмём, к примеру, индустрию компьютерных игр: новое поколение геймеров предъявляет еще более высокие требования к геймплею. До сих пор текущий уровень развития технологий памяти и устройств хранения не позволял создать непрерывный игровой процесс с полным погружением в виртуальные миры, который бы отвечал современным ожиданиям геймеров. До сих пор разработчикам игр приходилось прибегать ко всевозможным ухищрениям: всевозможным заставкам, загрузочным экранам и многочисленным игровым уровням, чтобы за счёт этого скрыть от пользователей нехватку памяти или производительности накопителей. С увеличением памяти и повышением скорости работы устройств хранения разработчики получают возможность претворить в жизнь максимально реалистичный игровой процесс. В ближайшем будущем мы более подробно расскажем о том, каким образом Intel сотрудничает с разработчиками игр над реализацией этого потенциала.
В чём же именно заключается суть новых технологий Intel для устройств хранения и памяти?
3D XPoint является революционной технологией памяти, которая позволяет свести к минимуму те компромиссы в отношении стоимости, производительности и энергопотреблении устройств, на которые обычно вынуждено идти большинство производителей систем при проектировании решений для хранения данных и памяти. Новая технология обеспечивает значительно более высокую плотность по сравнению с DRAM, и значительно более высокую скорость по сравнению с NAND, что позволяет нам размещать данные ближе к центральному процессору. Технология Intel Optane будет использовать 3D XPoint Memory Media и будет представлена на рынке в виде твердотельных накопителей и модулей памяти DIMM. Всё это позволит увеличить объёмы памяти и производительность устройств хранения для ускорения доступа к самым часто используемым “горячим” данным в серверах и устройствах.
Технология 3D NAND позволяет нам создавать еще более вместительные устройства хранения при более низкой стоимости. Твердотельные накопители Intel на базе технологии 3D NAND открывают дополнительные возможности и позволяют использовать SSD накопители вместо обычных дисковых накопителей в ПК, устройствах и серверах, которые хранят данные в облаке. SSD накопители в некоторых случаях в тысячу раз превосходят по скорости традиционные дисковые накопители[ii], и столь большой прирост производительности позволяет ускорить время загрузки системы, ускорить процесс размещения видео, или добиться еще более гладкого и качественного игрового процесса. Вместе с тем, SSD накопители почти в 10 раз более надёжные, чем обычные дисковые накопители[iii], что позволяет лучше защитить ваши персональные данные.
Эти масштабные перемены в области устройств хранения и технологий памяти открывают перед нами новые возможности для развития вычислительных платформ и позволяют предложить новые способы для использования и оптимизации памяти и устройств хранения в вычислительных платформах. Мы рассматриваем память и устройств хранения с позиций синергетического эффекта, который будет способствовать как развитию вычислительных архитектур, так и росту бизнеса. Только представьте себе возможность хранить терабайт данных на устройстве, сопоставимом по размерам с почтовую марку, или петабайт данных на диске, который своими физическими габаритами не больше коробки от пиццы? То есть вы сможете хранить порядка 250 тысяч музыкальных треков[iv] на устройстве, размером с почтовую марку, или 250 тысяч фильмов[v] в высоком разрешении в модуле размером с коробку от пиццы.
Мы намерены продолжить развивать и улучшать обе технологии 3D NAND и Intel Optane, чтобы технологи памяти не отставали от инноваций в области вычислительных технологий, и чтобы центральный процессор и память были оптимизированы для минимизации задержек при работе с данными. Поскольку память и устройства хранения неизбежно становятся всё более важными элементами для обеспечения высокой производительности приложений в условиях взаимосвязанного мира, эти технологии позволят переосмыслить концепцию вычислений при создании подключенных к сети «вещей» и «облачных» инфраструктур. И всё это является частью благотворного цикла роста, где «облако», «Интернет вещей» и память тесно связаны друг с другом за счет сетевых возможностей и дополняются инновациями в области вычислений, которые в свою очередь становятся возможными благодаря экономике закона Мура.
Мы с большим энтузиазмом смотрим на те сферы, которые, как мы считаем, выиграют от использования технологии Intel Optane, в частности, за счет того, что твердотельные накопители Intel и память 3D NAND позволят сделать данные ещё ближе к процессору. И мы с ещё большим энтузиазмом смотрим на то, каким образом люди будут использовать увеличенные объёмы памяти и более высокопроизводительные накопители, в том числе для решения задач, которые невозможно было даже представить ранее.
Автор: Роб Крук (Rob Crooke), старший вице-президент и генеральный управляющий подразделения Non-Volatile Memory Solutions Group в корпорации Intel.
[i] Фраза ’десятикратное снижение задержек и трёхкратное увеличение пропускной способности’ основана на результатах измерений, выполненных на базе конфигурации Intel с использованием RocksDB, и результатах тестов, опубликованных на rocksdb.org: использовалась база данных на 1 млрд. ключей, 8 сегментов (“Shards”) по 25 млн. записей ключей/значений в каждом, ключи размером 20 байт, значения размером 800 байт, компрессия 50%, ~100 ГБ на диске. Чтение: произвольное чтение всех ключей во всех потоках. Чтение/запись: во всех потоках осуществляется произвольное чтение ключей, один поток осуществляет обновление значений со скоростью ~80 тысяч ключей в секунду.
[ii] Заявления о возможностях новых технологий опираются на сравнение показателей задержек, плотности хранения и циклов записи различных технологий памяти, которые представлены в опубликованных спецификациях доступной сегодня на рынке памяти и устройств хранения, с соответствующими показателями из собственных спецификаций Intel.
[iii] Источники: Intel SSD – сводная годовая отчётность о количестве неполадок в SSD накопителях Intel за весь 2015 год. HDD – Backblaze.com: https://www.backblaze.com/blog/hard-drive-reliability-q3-2015/
[iv] Файл mp3 размером 4 МБ
[v] Файл с фильмом в высоком разрешении размером 4 ГБ