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2019-09-18 00:00 出处:PConline原创 作者:张垞 责任编辑:liuyu6

  刚过去的8月依旧是北京流火的日子,不过大洋彼岸的旧金山却已是一副标准的秋日景象;天高云淡,温度、湿度、阳光,一切都是刚刚好的样子。

  此次美国之行不仅参加了AMD代号罗马(Rome)的第二代AMD EPYC(霄龙) 处理器的发布会,还有一天时间到2019闪存峰会上看了下今天的闪存前沿技术和方案,整个行程可谓丰富多彩,更有意思的是AMD和下文中的主角Memblaze也有着深入的合作,这就是后话了。

  落地美国,第一站是离酒店300英里的优胜美地。在国内无论出差还是旅行,高铁总是靠谱而高效。但在美国没有发达的高铁网络,出行基本要靠汽车,现修铁路显然不现实,好在同行的记者同行有老司机。

交通工具

这辆道奇MPV便是未来几日的交通工具   

  闪存峰会上的新发现

  经过两日愉快的逛、吃、买,一行人来到了闪存领域的一大盛会——FMS2019(闪存峰会)。

会场

2019闪存峰会在santa clara convention center举行

  第一次参加闪存峰会,这场峰会宛如一个小型的闪存生态全景图,展会展台部分的内容大体与想象中一致。东芝、现代、三星、美光等上游厂商会展示自己最新的TLC或QLC芯片;慧荣、PMC(现在在Microchip旗下)等厂商则主力展示其主控产品,Memblaze为代表的国产闪存厂商在展会上同样大放异彩;剩下的则是或大或小的系统制造商在展示自己的终端产品,或存储部件或存储解决方案。

参会观众

满坑满谷的与会者

  闪存今天的生生态不仅多样化、有活力,并且发展方向日益明晰。有活力是说各种闪存技术共存于市场,造成了一个百家争鸣的现状,也因此有着无限活力。而发展方向就是指NVMe,U.2、M.2、PCIe插卡等等形态的SSD,尤其是企业级SSD,NVMe的发展史一年好过一年。

  NAND原厂处于产业链顶端,一定程度上主导着闪存的演进方向。另一方面,每家NAND原厂也需要有SSD厂商、服务器厂商以及最终客户组队才能走向胜利,其中SSD厂商正是将NAND变成服务器拿来即用的设备的关键一环,显然Memblaze深谙此道,由于多年专注于核心算法和SSD功能开发,Memblaze不仅在国内企业级SSD市场上颇具影响力,在全球也有着出货量数十万片的良好业绩。

现场展示

使用XL-Flash的Memblaze PBlaze5 X26   

东芝XL-FLASH特写

  Memblaze在展示区不仅展出了采用64层3D NAND的PBlaze5 910/916 NVMe SSD产品,更拿出了使用最新一代东芝的XL-FLASH颗粒的PBlaze5 X26 NVMe SSD(1:1读写情况下延迟可低至27微秒,虽然与内存还有差距,但相对于普通NVMe SSD来说,延迟已经降低了约70%,性能提升相当明显)。

  基本功中体现的Memblaze硬实力

  对于Memblaze来说,SSD最重要的颗粒和主控都是从上游供应商采购,制造是交付给工厂进行的,固件则是体现自身价值的关键。而作为一家“小而美”的技术型公司,Memblaze硬是在固件方面做出了自己的一片天地。而在这次的闪存峰会上,Memblaze更是脑洞大开的展示了增强型多命名空间技术的威力。

  传统上,一块SSD就有一个命名空间。也就是说,应用只需要将IO指令发往对应的命名空间并等待反馈结果便可以了。如果是写操作,在SSD内部,固件和主控会相互配合先将数据放在DRAM上,返回操作完成信息给系统,并开始接受下一条指令,同时DRAM中的数据不断的刷写到NAND,虽然DRAM是易失介质,但是NVMe SSD会有掉电保护机制,保障系统意外掉电时DRAM上数据可以全部写到NAND上。

  而Memblaze的增强型多命名空间技术则是将一块SSD划分成最高32个不同的命名空间,从而实现对SSD存储资源更为精细化的管理,这一技术在NVMe SSD容量越来越大、介质越来越多样化的今天十分重要。

  多命名空间的终极效果就是让上层应用的请求可以“指哪打哪”,SSD可以在高性能下还能做到多个资源池之间相互独立,各尽其能,这确实挺难的;但这样做又有何意义呢?产品开发不是炫技,工程师的工时可都是要用现金流来支撑的。

  这就相当于科学家发现了乙酰水杨酸能够抑制人体中环氧合酶的形成和聚集,但这又有什么作用呢?但当我们知道环氧合酶能够在血管破裂处聚集使人产生痛觉并促进血小板凝结防止失血之后,乙酰水杨酸就被当做阵痛、抗血栓的药物来使用。而这就是我们所熟悉的阿司匹林。所以随着我们对事物认知的深入,我们也就离真相更进一步。

  同样的,当Memblaze的工程师们在固件中加入了增强型多命名空间技术,并实现了对于不同介质的管理,接下来为这一技术找到一个最合适的应用场景就成为了最重要的工作。而Memblaze给出的第一个答案便是MySQL数据库。

  SSDMySQL上的新玩法

  由于数据库对可靠性的需求较高,MySQL需要依靠Doublewrite来保障系统可靠性和数据完整性,因此也带来了大量额外的写操作,但是SSD特有的写放大效应也会在大量的写之后进一步拖慢整个系统的性能,所以MySQL数据库独特的双写机制就成为了对其性能的最大限制。在数据库可靠性高于一切且不能妥协的情况下,这对矛盾似乎完全无解。而这时,就轮到Memblaze的增强型多命名空间技术登场了。

  Memblaze的增强型多命名空间技术可以将SSD上某一制定大小的DRAM设置为一个单独的命名空间,之后将MySQL的写操作指向这一命名空间,在DRAM中写入完成后就控制SSD发出“落盘”完成的反馈。与此同时,主控会在固件的控制下将DRAM中的数据移至NAND,完成真正的落盘。

  而在极端的系统意外断电或宕机情况下,SSD电容中储存的电力会支持SSD继续工作,直至DRAM中的待写数据全部完成实际的落盘工作为止。在实际的设置中,这块存在于DRAM中的命名空间大小通常为64MB,只需要电容电量支持SSD工作几毫秒就能完成数据写入。

测试展示

增强型命名空间技术开启前后的MySQL性能对比

  对于增强型命名空间技术,Memblaze在闪存峰会现场进行了实际演示,演示所使用的MySQL版本是最新的Percona Server 8.0.15-6。为了方便效果对比,在自带的TPCC基准测试中,Memblaze使用了20000个warehouse、64并发连接数的设置。而SSD方面则是在两块完全一样的Memblaze 3.84TB U.2硬盘上进行的。

  在开启增强型命名空间技术之后,MySQL的TPMC每分钟处理事务数直接从27179提升至39041,性能提升幅度达到了43.6%。在高负载情况下的性能可说是立竿见影。

  与此同时,由于DRAM命名空间内的相同数据可能出现反复更新的情况,因此,实际的落盘数据量也会出现不同程度的降低。在现场的测试中不开启增强型命名空间技术时,落盘数据量为89GB,开启之后数据量降为70GB,即可以在一定程度上提升性能也可以稍微节省一些SSD寿命,可以算是该技术附带的餐后甜点。

  Memblaze的创新逻辑

  其实,增强型多命名空间技术并非无根无源,并且其实现充分保留了MySQL和SSD本身的核心技术。可以看出Memblaze的逻辑无外乎专注造就专业,专业成就创新。

  由于多年专注于企业级SSD设计与研发,Memblaze不仅对NAND有着深刻理解,并且将自身视野放大到存储系统与应用上,如此便可以全局的考虑如何兼顾系统可靠性和服务质量。虽然只是多命名空间这样一项基本的技术,Memblaze也拿来做了充分的价值挖掘,把一块DRAM独立出来承担“高速写缓存”的作用。而因为这个小动作,MySQL的性能直接提升了40%多,而且还间接节省了一点NAND寿命,术业有专攻,提升系统性能还是要放在NVMe SSD,而不是让MySQL关掉Doublewrite。

  随着半导体技术的升级,SSD主控的计算能力势必会越来越强。而固件要做的事情便是利用好这越来越多的计算资源为系统和应用卸载,从而针对不同应用场景实现更高效的读写。

  如果以后Memblaze都按照这个思路进行创新,那道路只会越走越宽。甚至可以说Memblaze在硬件厂商同质化的趋势中做出了差异化和个性;这很值得其他厂商借鉴。

  任上游厂商凭借成本优势入侵SSD部件市场,我只坚守价值高地。

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