關鍵應用和超融合基礎架構：時機已到

随着超融合的應用場景從邊緣向核心轉移，HCI 廠商正在尋求通過更新硬體等方式獲得更高的性能、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 早期主要用于建構支撐虛拟機的基礎架構，但是随着技術的進步，HCI 已經能夠支援關鍵應用工作負載。借助英特爾最新的計算和存儲産品，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，在超融合系統更新的同時，硬體本身也在更新，二者互相驅動為客戶帶來極緻性能。例如，英特爾近日推出的英特爾®第三代至強®可擴充處理器以及第二代英特爾®傲騰™持久記憶體等技術，專為人工智能和資料分析工作負載而進行了全面優化。這些優化能夠進一步提升 HCI 架構在性能、容量、延遲等方面的表現，有效支援機器學習等人工智能工作負載。

基于獨特的計算和存儲融合部署模式，超融合系統可以全面利用英特爾的計算和存儲創新進行産品增強。以英特爾®傲騰™技術為例，其分為固态盤和持久記憶體兩種産品形态，在持久記憶體形态下，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，在業内首次将英特爾®傲騰™持久記憶體以 App Direct 模式，作為存儲加速核心元件用于超融合解決方案中，在 IOPS、帶寬和時延方面帶來大幅改善。

以下内容，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%。

盡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态度。現在，借助英特爾最新的計算與存儲技術，HCI 能夠提供足夠的性能、可靠性、靈活性和可擴充性，來滿足關鍵應用負載需求。

HCI 通過基于類似裝置節點的模式為基礎架構提供元件，進而使運維人員能夠通過添加更多節點或磁盤來進行擴充。每個節點能将計算、存儲和網絡內建到一個子產品中，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。它能夠虛拟化一切内容，并使用跨節點叢集的集合存儲資源來建立軟體定義的存儲池。這樣的軟體層便于集中管理，提升了自動化程度，幫助 IT 專業人員更輕松地部署和管理 HCI。

傳統 SAN存儲模式

企業應用程式，例如客戶關系管理（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存儲和檢索資訊。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運作，以便處理大量資料交易，并在一台伺服器出現故障時，支援故障轉移。而存儲則由專用存儲陣列提供，該陣列通過 SAN 鍊路連接配接到伺服器叢集。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 性能。

但是，這意味着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，并與其他 IT 資産分開管理和更新。如果一個組織裡有多個應用程式孤島，資料中心管理将極其複雜，同時也将影響 IT 基礎架構向靈活和适應性更強的方向優化。

另外，它的出現遠早于固态硬碟（SSD）的引入。固态硬碟的讀寫帶寬容量比機械磁盤高得多，并且延遲低得多。例如，單個英特爾® 8TB SSD DC P4510 系列裝置随機讀取能夠達到 641,800 IOPS。

這種優勢一部分來源于固态媒體自身，以及較新的 SSD 使用 NVMe（作為驅動器和主機之間的協定。NVMe 通信協定是專門為固态媒體建立的，使用高速 PCIe 總線提供比傳統接口（如 SAS）更大的帶寬，同時支援多個輸入輸出隊列。NVMe 協定還可確定不會因為軟體堆棧中的延遲而影響性能。

軟體定義模式

通過 HCI，資料庫可以在虛拟機上運作。軟體定義的存儲層意味着存儲分布在整個節點的叢集中。叢集中的每個節點都服務于 I/O，随着主機數量的增加，基礎架構的總 I/O 能力也會增強。

此分布式模型的好處還有，如果節點出現故障，性能和可用性不會受到太大影響。大多數 HCI 平台現在還具備企業存儲陣列的諸多功能，例如快照和删除重複資料，而内置資料保護功能使災備恢複工作更加輕松。

随着技術的進步，例如新一代英特爾®至強®可擴充處理器，每個晶片通常具有比上一代更多的 CPU 核心。随着運作叢集工作負載所需的節點數量減少，成本也相應下降。

但是，由于主機的數量決定總 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。

緩存層優化

在 HCI 平台中實作分層存儲的做法非常常見。在叢集中的每個節點内，将一個驅動器作為緩存裝置（通常是SSD），而配置設定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，緩存層有效地接收了主機系統上運作的每個虛拟機的所有寫入，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 閃存完全不同。英特爾®傲騰™SSD DC P4800X 系列等目前産品的讀寫延遲為 10 微秒，而典型的 NAND 閃存 SSD 的讀/寫延遲為 77/18 微秒。

在耐用性方面，英特爾聲稱，在五年内具有每日三次整盤寫入（DWPD）的半 TB 閃存 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，相當于總寫入量為 41 PB，比傳統 NAND 的耐用性增益提高約 14 倍。

存儲的容量層可以滿足大多數讀取通路的需求，是以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 基于 QLC 技術對讀取密集型工作負載進行了優化，是目前需求的理想選擇。

此外，英特爾®傲騰™ SSDs 效率更高，IT 部門可以借此減小所需的緩存層大小來節省成本。據了解，由于英特爾®傲騰™的性能和低延遲等特點，緩存在容量層的占比從 10% 降低到 2.5% 至 4%。這意味着現在客戶可以使用 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™是按位元組通路的，即以記憶體的方式而不是塊存儲通路。這意味着它可以擴充系統的記憶體容量，提高涉及大型資料集（如資料庫）的工作負載的性能，并且與 DRAM 相比成本更低。

為此，英特爾提供傲騰™持久性記憶體子產品，這些子產品可插入基于第二代英特爾®至強®可擴充處理器系統的 DIMM 插槽中。這些子產品與标準 DDR4 DIMM 一起使用，但容量更高，高達 512GB。子產品的延遲高于 DRAM，但閃存延遲比例非常小。

傲騰™記憶體子產品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，需要應用程式感覺兩種不同類型的記憶體。在記憶體模式下，CPU 記憶體控制器使用 DRAM 緩存傲騰™記憶體子產品，這樣它對應用程式而言是透明的，應用程式隻感覺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存儲，用于放置經常被通路的資訊（如中繼資料），而記憶體模式隻是将傲騰™作為更大的記憶體空間。

總結

雖然 HCI 早期主要用于建構支撐虛拟機的基礎架構，但是随着技術的進步，HCI 已經能夠支援關鍵應用工作負載。借助英特爾最新的計算和存儲産品，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。