Der Speicherbus ist das Ziel für Flash-Entwickler

NVDIMMS beschleunigen die Server-Spiegelung

| Redakteur: Rainer Graefen

Das NVDIMM-Modul mit unabhängiger Stromversorgung garantiert, dass keine Daten verloren gehen.
Das NVDIMM-Modul mit unabhängiger Stromversorgung garantiert, dass keine Daten verloren gehen. (Bild: Micron)

Neue Speichertechniken reduzieren Latenzen in nie gekanntem Ausmaß. Micron NVDIMMs ermöglichen schon jetzt, die Leistung von In-Memory-Computing zu nutzen, während Storage Class Memory wie die 3D- Xpoint-Technik noch ein wenig Zeit benötigt. Aktuelle In-Memory-Lösungen stellen bereits heute herkömmliche Speicher-Technik in den Schatten.

Aufgrund der deutlich besseren Performance tauschen Administratoren die herkömmlichen Festplatten zunehmend gegen Solid-State-Speicher aus. In Servern dienen SSDs heute hauptsächlich als schneller Cache oder Datenspeicher für Applikationen mit hohen Ansprüchen an die Ein-/Ausgabe-Leistung.

Doch auch abseits dieser nahe liegenden Tuning-Optionen gibt es weiteres Potenzial zur Optimierung. Micron zielt mit neuen Technik auf die Performance-Lücke zwischen CPU und Massenspeicher.

Datenverlust ausgeschlossen

Um Fehler abzufangen, die während der Übertragung von Daten in den Storage-Server oder beim Verarbeiten von Transaktionen auftreten, kommen heute Hochverfügbarkeits-Cluster oder verteilte Systeme zum Einsatz.

Die Anforderungen an die Datensicherheit haben viele IT-Administratoren bislang davon abgehalten, wichtige Daten dort zu bearbeiten, wo der Zugriff und die Modifikation am schnellsten möglich ist – im DRAM, wo die Daten im Falle eines Stromausfalls verloren sind.

Microns NVDIMMs (Non-Volatile Dual Inline Memory Module) stellen für dieses Problem die Lösung dar und eröffnen neue Möglichkeiten für das In-Memory-Computing. NVDIMMS verhindern Datenverlust, indem sie flüchtigen Hauptspeicher (DRAM) mit NAND-Flash-Speicher kombinieren.

Für die Daten im DRAM erfolgt das Backup im Flash-Speicher, während die Vorteile von DRAM, wie geringe Latenz und hohe Bandbreite, erhalten bleiben. Die Datensicherheit ist gewährleistet, da ein Kondensator das Modul mit Strom versorgt, bis auch das letzte Bit im Flash-Speicher angekommen ist, falls der Strom ausfällt.

Kostengünstige Kombination

Während die Latenz des DRAM lediglich im Nanosekunden-Bereich liegt, weisen selbst die schnellsten Solid-State-Disks (SSDs) Verzögerungszeiten von mehreren Dutzend Mikrosekunden auf. DRAM direkt auf dem Speicher-Bus weist eine um 100 Nanosekunden niedrigere Latenz bei DDR4-Speicher auf, als wenn der Server die Daten über den PCIe-Bus auf eine SSD schiebt.

Vor dem Massenspeicher platziert, füllen die schnellen Zwischenspeicher das Performance-Gap. In IOPS (Input Output Operationen pro Sekunde) gemessen, kann die Schreibleistung signifikant gesteigert werden. Mit einem Durchsatz von bis zu 19,2 GByte/s sind NVDIMMs den SSDs weit überlegen.

Die Lösung ist zudem recht günstig. SSDs, die 25 DWPD (Drive Writes Per Day) schaffen, kosten relativ viel. In Verbindung mit NVDIMMs reichen dann auch SSDs, die gut genug für 10 DWPD sind, und bereits für die Hälfte des Geldes zu haben sind.

Beschleunigtes Server-Bridging

Administratoren von Storage-Arrays profitieren von der hohen Performance der NVDIMMs im Zusammenhang mit dem Feature Non-Transparent Bridge (NTB), das sich bei Xeon-CPUs mittlerweile etabliert hat.

Die Daten müssen sich nicht länger mehrere 100 Millisekunden lang über RAID-Karten und Netzwerk-Links quälen, bis sie im Speicher der zweiten RAID-Karte geschrieben werden, sondern werden in den NVDIMMs gespiegelt.

NTB erlaubt es, Computer über den PCIe-Bus zu verbinden, sodass der gesamte Speichervorgang zusammen mit NVDIMMs nur noch einige Dutzend Millisekunden benötigt. Während NVDIMMs auf DDR3-Basis noch recht exotisch waren, werden DDR4-NVDIMMs zum Mainstream-Bauteil.

Administratoren ersetzen Technik mit teuren RAID-Controllern immer häufiger durch günstige Software-basierte Controller oder Storage-Server im Cluster. Auch die verbesserte Treiber-Unterstützung für Linux lockt zum Umstieg.

Der nächste Schritt

In Kooperation mit Intel hat Micron mit 3D Xpoint eine Speichertechnik der nächsten Generation entwickelt. 3D XPoint kombiniert die Vorteile von DRAM- und NAND-Speicher und überbrückt die Performance-Lücke zwischen beiden.

Im Gegensatz zu NAND kann 3D XPoint-Speicher Daten auf dem Byte-Level beschreiben. Damit ist es möglich, dass der Speicher bis zu 1.000 Mal schneller als Flash arbeitet. Der Speicher lässt sich zudem 1.000 Mal öfter beschreiben als NAND und hat eine Packungsdichte, die um den Faktor 10 höher liegt als bei DRAM.

3D XPoint Technik verspricht bahnbrechende Performance, sowohl als DRAM-Ersatz als auch als Storage Class Memory direkt auf dem Speicher-Bus. Die Kombination aus DDR4-DRAM und 3D XPoint verspricht einen enormen Performance-Schub, da das Paging zwischen Haupt- und Datenspeicher praktisch eliminiert wird.

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