關鍵應用和超融合基礎架構：時機已到

隨著超融合的應用場景從邊緣向核心轉移，HCI 廠商正在尋求透過升級硬體等方式獲得更高的效能、更低的延遲以及更好的可靠性。在外媒 Blocks & Files 發表的《關鍵應用和超融合基礎架構：時機已到》一文中，作者 Daniel Robinson 認為，雖然 HCI 早期主要用於構建支撐虛擬機器的基礎架構，但是隨著技術的進步，HCI 已經能夠支援關鍵應用工作負載。藉助英特爾最新的計算和儲存產品，HCI 可以提供足夠的 I/O、低延遲和可靠性，以支援企業應用程式及其資料庫。

事實上，在超融合系統升級的同時，硬體本身也在升級，二者相互驅動為客戶帶來極致效能。例如，英特爾近日推出的英特爾®第三代至強®可擴充套件處理器以及第二代英特爾®傲騰™持久記憶體等技術，專為人工智慧和資料分析工作負載而進行了全面最佳化。這些最佳化能夠進一步提升 HCI 架構在效能、容量、延遲等方面的表現，有效支援機器學習等人工智慧工作負載。

基於獨特的計算和儲存融合部署模式，超融合系統可以全面利用英特爾的計算和儲存創新進行產品增強。以英特爾®傲騰™技術為例，其分為固態盤和持久記憶體兩種產品形態，在持久記憶體形態下，進而可以分為記憶體模式和 App Direct 模式。SmartX 不僅增加了對傲騰™持久記憶體的支援，為單節點虛機密度帶來提升。同時在新一代超融合解決方案中，在業內首次將英特爾®傲騰™持久記憶體以 App Direct 模式，作為儲存加速核心元件用於超融合解決方案中，在 IOPS、頻寬和時延方面帶來大幅改善。

以下內容，對文章原文進行了翻譯與整理：

超融合基礎架構 (HCI) 在經過十餘年的發展後，行業對其需求仍在快速增長。 IDC 相關資料顯示，2019 年第四季度，超融合系統的營收同比增長 17.2%，而整個伺服器市場的增長僅為 5.1%。

儘管很多通用工作負載已經在 HCI 上部署，但一些 IT 部門仍對使用 HCI 處理任務關鍵型企業應用程式持謹慎態度。現在，藉助英特爾最新的計算與儲存技術，HCI 能夠提供足夠的效能、可靠性、靈活性和可擴充套件性，來滿足關鍵應用負載需求。

HCI 透過基於類似裝置節點的模式為基礎架構提供元件，從而使運維人員能夠透過新增更多節點或磁碟來進行擴充套件。每個節點能將計算、儲存和網路整合到一個模組中，這與必須單獨提供和配置的元件形成了鮮明對比。

在軟體層，HCI 價值巨大。它能夠虛擬化一切內容，並使用跨節點叢集的集合儲存資源來建立軟體定義的儲存池。這樣的軟體層便於集中管理，提升了自動化程度，幫助 IT 專業人員更輕鬆地部署和管理 HCI。

傳統 SAN儲存模式

企業應用程式，例如客戶關係管理（CRM）、企業資源規劃（ERP）以及專為聯機事務處理（OLTP）設計的應用程式，一般在資料庫後端來儲存和檢索資訊。通常，使用 Oracle 或 SQL Server 之類的資料庫系統能滿足要求。

傳統方案中，資料庫在專用伺服器或伺服器叢集上執行，以便處理大量資料交易，並在一臺伺服器出現故障時，支援故障轉移。而儲存則由專用儲存陣列提供，該陣列透過 SAN 鏈路連線到伺服器叢集。設計該體系結構是為了提供能滿足資料庫和使用該資料庫的應用程式要求的 IOPS 效能。

但是，這意味著資料庫和部分應用程式實際上被鎖定在自己獨立的基礎結構中，並與其他 IT 資產分開管理和更新。如果一個組織裡有多個應用程式孤島，資料中心管理將極其複雜，同時也將影響 IT 基礎架構向靈活和適應性更強的方向最佳化。

另外，它的出現遠早於固態硬碟（SSD）的引入。固態硬碟的讀寫頻寬容量比機械磁碟高得多，並且延遲低得多。例如，單個英特爾® 8TB SSD DC P4510 系列裝置隨機讀取能夠達到 641,800 IOPS。

這種優勢一部分來源於固態介質自身，以及較新的 SSD 使用 NVMe（作為驅動器和主機之間的協議。NVMe 通訊協議是專門為固態介質建立的，使用高速 PCIe 匯流排提供比傳統介面（如 SAS）更大的頻寬，同時支援多個輸入輸出佇列。NVMe 協議還可確保不會因為軟體堆疊中的延遲而影響效能。

軟體定義模式

透過 HCI，資料庫可以在虛擬機器上執行。軟體定義的儲存層意味著儲存分佈在整個節點的叢集中。叢集中的每個節點都服務於 I/O，隨著主機數量的增加，基礎架構的總 I/O 能力也會增強。

此分散式模型的好處還有，如果節點出現故障，效能和可用性不會受到太大影響。大多數 HCI 平臺現在還具備企業儲存陣列的諸多功能，例如快照和刪除重複資料，而內建資料保護功能使災備恢復工作更加輕鬆。

隨著技術的進步，例如新一代英特爾®至強®可擴充套件處理器，每個晶片通常具有比上一代更多的 CPU 核心。隨著執行叢集工作負載所需的節點數量減少，成本也相應下降。

但是，由於主機的數量決定總 I/O 容量，這種整合可能會減少叢集的總體 IOPS。幸運的是，SSDs 擁有足夠的 IOPS 來避免這種下降，尤其是英特爾® 傲騰™ DC SSDs，這類固然硬碟專為最苛刻的工作負載提供所需的 IOPS。

快取層最佳化

在 HCI 平臺中實現分層儲存的做法非常常見。在叢集中的每個節點內，將一個驅動器作為快取裝置（通常是SSD），而分配其它驅動器為容量層。過去，容量層一直使用機械硬碟，但是如今，容量層也可以是 SSD。

在此配置中，快取層有效地接收了主機系統上執行的每個虛擬機器的所有寫入，這說明為它指定延遲極低且耐用性非常高的裝置至關重要。換句話說，你需要一個不會“停頓”的裝置，因為這些額外的 CPU 核心已經被投入使用。

英特爾®傲騰™ SSDs 符合這些要求，因為英特爾®傲騰™使用的技術與其他 SSDs 使用的 NAND 快閃記憶體完全不同。英特爾®傲騰™SSD DC P4800X 系列等當前產品的讀寫延遲為 10 微秒，而典型的 NAND 快閃記憶體 SSD 的讀/寫延遲為 77/18 微秒。

在耐用性方面，英特爾聲稱，在五年內具有每日三次整盤寫入（DWPD）的半 TB 快閃記憶體 SSD 可提供 3 PB 的總寫入量。375GB 傲騰™ SSD 在同一時期具有 60 DWPD 的耐用性，相當於總寫入量為 41 PB，比傳統 NAND 的耐用性增益提高約 14 倍。

儲存的容量層可以滿足大多數讀取訪問的需求，因此可以由容量更大但成本和耐用性較低的 SSD 組成。英特爾第二代 3D NAND SSD 基於 QLC 技術對讀取密集型工作負載進行了最佳化，是當前需求的理想選擇。

此外，英特爾®傲騰™ SSDs 效率更高，IT 部門可以藉此減小所需的快取層大小來節省成本。據瞭解，由於英特爾®傲騰™的效能和低延遲等特點，快取在容量層的佔比從 10% 降低到 2.5% 至 4%。這意味著現在客戶可以使用 375GB 英特爾® 傲騰™ SSD 滿足以前一個 16TB 容量層的要求。

記憶體容量提升

英特爾®傲騰™是按位元組訪問的，即以記憶體的方式而不是塊儲存訪問。這意味著它可以擴充套件系統的記憶體容量，提高涉及大型資料集（如資料庫）的工作負載的效能，並且與 DRAM 相比成本更低。

為此，英特爾提供傲騰™永續性記憶體模組，這些模組可插入基於第二代英特爾®至強®可擴充套件處理器系統的 DIMM 插槽中。這些模組與標準 DDR4 DIMM 一起使用，但容量更高，高達 512GB。模組的延遲高於 DRAM，但快閃記憶體延遲比例非常小。

傲騰™記憶體模組有兩種主要使用方式：在 App Direct 模式下，它們顯示為 DRAM 旁的永久記憶體區域，需要應用程式感知兩種不同型別的記憶體。在記憶體模式下，CPU 記憶體控制器使用 DRAM 快取傲騰™記憶體模組，這樣它對應用程式而言是透明的，應用程式只感知到更大的記憶體空間。或者說，App Direct 模式提供了一個持久的本地儲存，用於放置經常被訪問的資訊（如後設資料），而記憶體模式只是將傲騰™作為更大的記憶體空間。

總結

雖然 HCI 早期主要用於構建支撐虛擬機器的基礎架構，但是隨著技術的進步，HCI 已經能夠支援關鍵應用工作負載。藉助英特爾最新的計算和儲存產品，HCI 可以提供足夠的I/O、低延遲和可靠性來支援企業應用程式及其資料庫。

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