六大核心問題解決之後，Optane DIMM將獲光明前景

半導體分析師David Kanter已經確定了關於英特爾Optane DIMM的六大未解難題，而這些問題的答案將決定這款新產品的最終命運。

Optane是英特爾3D XPoint存儲器的品牌名稱。該存儲器亦是P4800X系列固態磁碟當中使用的解決方案。如今英特爾即將推出位元組可定址持久存儲器DIMM，其採用DDR4匯流排介面，速度較P4800X的PCIe 3.0 x4介面更快。目前二者皆提供129 GB、256 GB與512 GB容量水平的展示樣品。

來自Real World Tech的行業專家Kanter在本周解釋稱，這些DIMM需要配合英特爾的14納米Cascade Lake至強處理器共同使用。根據我們掌握的情況，Cascade Lake-SP（其Scaleable系列處理器）正是Optane DIMM點名支持的晶元家族。

他指出，Skylake至強已經添加了兩條指令—— CLFLUSHOPT與CLWB，用於強制將數據以調整從內部CPU核心緩存寫回至持久存儲器。

英特爾與存儲網路行業協議已經聯手創建了一套持久性存儲器編程模型，其中為程序開發人員提供了四種使用Optane DIMM的具體方式：

原始設備訪問——通過適合的非易失性存儲器驅動程序訪問存儲器，繞過文件系統。

傳統文件系統API——通過操作系統的文件系統介面使用存儲器驅動程序進行數據讀取或寫入。

持久性存儲器感知文件系統API——通過特殊文件系統直接訪問持久性存儲器，繞過操作系統。

DAX（直接訪問）——將持久存儲器區域直接映射至具有載入-存儲指令級訪問的應用程序地址空間。

其中DAX擁有最低的延遲與最高的吞吐量水平，因為其讀取/寫入路徑完全繞過文件系統與NVDIMM驅動程序軟體。編寫的應用程序代碼如同訪問普通動態RAM一樣，但實際上其映射的目標為持久性存儲器。

開源持久性存儲器開發工具包（簡稱PMDK）允許程序沿DAX路徑起效。這是一組包含分配器、事務對象存儲、持久性存儲器日誌文件以及其它功能的九個軟體庫組成的集合。

Kanter表示，PMDK在Linux平台上擁有生產級質量保證，且在Windows上也能運行良好（雖然還有部分API處於實驗狀態），這意味著其可能被包含在未來的微軟操作系統版本當中。

他解釋稱，「NT文件系統擁有持久性存儲器感知能力，因此開發人員可以使用標準文件API享受由此帶來的性能提升。HyperV同樣支持持久性存儲器，但考慮到尚存在額外的複雜性因素，其還不夠成熟。其2017版本支持在訪客虛擬機中使用DAX。」

「Linux亦在著手發布具備持久性存儲器感知能力的DAX與多種文件系統（例如xfs與ext4）。VMware的vSphere 6.7虛擬機管理程序能夠在無需額外驅動程序或者變更軟體堆棧本體的前提下，在訪客虛擬機上模擬持久性存儲順。」

他還提到，Aerospike、甲骨文Exadata（使用RDMA）以及SQL Server 2016都能夠使用Optane DIMM並從中受益。

因此，我們已經擁有了Optane DIMM的硬體基礎，而軟體介面方面看起來也比較明確。然而，關於Optane DIMM的特性還有一些未解決的問題，而它們有可能阻礙這款產品的未來應用。

尚不明確的問題

Kanter確定了以下六個尚不明確的Optane DIMM相關問題：

• 延遲及其對DRAM緩存的影響
• 功耗與散熱
• 使用壽命
• 價格
• 安全性與可維護性
• 虛擬化與多租戶

在安全性與可維護性方面，Kanter問道：「如果持久性DIMM發生故障或者被移動至另一系統，內容將如何進行訪問？同樣的，如果處理器被移除（例如發生故障），又該如何處理？任何內存內資料庫客戶都需要一套合理的安全方案，從而實現可恢復性與可維護性。」

虛擬化問題的核心在於過度配置：「在現代系統當中，內存由操作系統及虛擬機管理程序進行虛擬化，但存儲則通常不需要進行虛擬化。持久性存儲器與3DXP DIMM介於內存與存儲之間，且不會被當前的虛擬機管理程序或操作系統虛擬化。這對雲服務供應商及客戶來說都是一大挑戰，其中很多人已經習慣於對物理硬體進行過度配置。」

「我們認為，一部分虛擬機管理程序會選擇對持久性存儲器進行虛擬化，但問題是此類問題尚不確定將何時發布（或者在Xen/KVM當中，相關代碼何時發布及投入生產）。」

在英特爾公司根據計劃在今年第四季度正式發售Optane DIMM時，以上問題應該獲得明確的答案。

不過總體而言，Kanter認為Optane DIMM的前景應該是一片光明：「英特爾公司已經發布了充足的3DXP DIMM細節信息，並給出了其存儲密度比DRAM高出4倍的誘人結論。此外，他們還展示了其高於NAND快閃記憶體的性能優勢。」

「目前已經有多種伺服器及客戶端操作系統及虛擬機支持持久性存儲器，而領先的開發商們也對這項技術感到興奮。其中最振奮人心的潛力源自資料庫領域，3DXP DIMM的持久性與大容量將成為重要的核心指標。除了資料庫之外，PMDK的出現將使得像Java這樣的高人氣編程語言受益於3DXP DIMM。相關產品將在今年晚些時候上市，我們也期待著屆時能夠對3DXP DIMM進行親身測試。」

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