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技术编程|未来十年，存储技术将迎来一场革命


在存储领域 ， 容量大、速度快和价格低是用户的期望目标 ， 但就现有的存储器而言 ， 速度越快的存储器 ， 容量越小 ， 价格越高 ， 容量大的存储器 ， 虽然价格低 ， 但是速度却达不到要求 。
尤其是随着人工智能、机器学习、物联网等应用场景的出现 ， 越来越需要用更快的速度处理更多的数据 。 不过 ， 现有的存储系统乏力 ， 存储领域急需一场技术革命 。

技术编程|未来十年，存储技术将迎来一场革命
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图片源自Mainline
那么 ， 存储界该如何推动这场技术革命？这一革命进展如何？雷锋网就此话题与大内存软件先行者MemVerge联合创始人兼CEO范承工进行了交流 。
存储级内存是革命的基础
当传统的存储系统失效时 ， 要么依靠现有的存储技术构建新的存储系统 ， 要么先发展新的内存介质再建存储系统 ， 按照后一种逻辑 ， 存储级内存技术（SCM）应运而生 。
顾名思义 ， 存储级内存就是将速度快性能好的类似DRAM内存和容量大价格低的类似SSD存储器的优点结合起来 ， 缩小存储和内存之间的差距 ， 改变数据的存储与处理方式 。 与DRAM不同的是 ， SCM是非易失性内存 ， 这就意味着在断电时 ， 前者无法保留数据与程序代码 ， 后者却可以 。
范承工表示 ， 过去十几年里不少硬件厂商都在研发SCM存储级内存技术 ， 目前已有大约5种 ， 且这些技术的发展和应用不尽相同 。
“在目前已有的SCM技术中 ，MRAM容量相对较小 ， 价钱较高 ， 但是它的速度很快 ， 在取代CPU更快更小更贵的内存SRAM上有更大的空间 ， 不过它本身无法取代DRAM；RRAM或ReRAM等电阻式内存主要是在嵌入式系统内得以应用 ， 目前还没有发展到能够直接插入服务器里当主内存用的产品形式 。 英特尔和美光合作开发的3D Xpoint技术也是SCM技术中的一种 ， 且是第一个能够用作服务器主内存的商业化技术 。 ”
这里所说的商业化 ， 也就是一年之前英特尔基于3DXpoint介质推出的傲腾持久内存 ， 其大容量和持久性 ， 在取代传统的DRAM上有一定空间 。 不过 ， 也有人指出 ， 尽管SCM技术有很多优势 ， 但是现有的操作系统中很多设计机制考虑内存特性 ， SCM并不能完全替代DRAM 。 范承工认为 ， 单纯从硬件的角度来看 ， 这一说法是成立的 ， 持久性内存的速度会比DRAM慢4-5倍 ， 其重复写的次数也远远少于DRAM ， 所以它并不能完全取代DRAM 。
“依靠SCM取代DRAM ， 其实也是MemVerge大内存软件的发力点 。 ”范承工告诉雷锋网 。

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释放SCM潜能 ， 大内存软件诞生
软硬件结合是计算机发展的大趋势 ， 对于存储系统而言亦是如此 。 基于新型内存技术做大内存软件 ， MemVerge是第一个“吃螃蟹的人” 。
“我们认为未来十年存储技术将迎来一场革命 ， 这场革命不仅仅是在硬件上 ， 也会在应用层、软件设计乃至生态上发生系列转变 。 所以在三年前我们创建了MemVerge这家面向企业级软件的公司 ， 只要是在特性和功能上能够当做主存用的存储硬件技术 ， 我们就计划支持 ， 傲腾持久内存恰好满足我们的要求 。 ”范承工向雷锋网介绍到 。
经过三年的发展 ， MemVerge在今年的9月24日正式发布了世界上第一款大内存软件 ， 内存机器（Memory Machine Version1.0） 。
MemVerge发布会上 ， 范承工表示 ， Memory Machine主要做两件事：
作为虚拟内存层 ， 将DRAM和PMEM（持久性内存）统一虚拟化 ， 为内存提供软件定义的内存服务 。
内存的ZeroIO Snapshot功能 ， 减少硬件宕机后重启的时间 。
据介绍 ， Memory Machine不需要修改软件和硬件 ， 就能将DRAM和PMEM都应用起来 ， 内存容量得以扩大 。 一般而言 ， 傲腾持久内存能够支持一个CPU线路的3T容量 ， DRAM能够支持1.5T容量 ， 而Memoey Machine能够使两者并存 ， 这就意味着一个普通的2路服务器能够拥有9T的内存容量 ， 是过去的3倍 。
另外 ， 傲腾内存价格比DRAM要低 ， 这意味着DRAM与其结合能够降低内存的平均价格 。 “通过我们的软件 ， 可以选择一个最合适的比例将软件定义的内存提供给应用 ， 这这种情况下 ， 内存成本可以降低30%到50% 。 ”范承工说 。

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价格降低的情况下 ， 原本DRAM的性能是否会受到影响？MemVerge官方给出了不同比例搭配的DRAM和PMEM在KVM虚拟化Hypervisor架构上的MySQL数据库性能测试数据对比 。 数据显示 ， 128G PMEM搭配16GB DRAM的QPS达到49753 ， 超过原本只有128GB DRAM 2175 QPS 。
Snapshpt快照技术是某个数据集在特定时刻的镜像 ， 是一种即时拷贝 ， 大大缩短了备份大型数据集时的时间 ， 因此这一技术是存储上常用的数据服务技术 。 但MemVerge是第一个在内存上实现多次Snapshot ， 且拥有copy-on-write功能的公司 。

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【技术编程|未来十年，存储技术将迎来一场革命】

据悉 ， 即使有1T以上的数据 ， ZeroIO Snapshot也能在1秒之内抓住CPU Cache中的全部状态 。 基于此 ， ZeroIO内存快照有四种数据服务：
时间旅行（Time Travel） ， 应用能够随意回到过去的任意一个Snapshot ， 可以同时产生128个Snapshot 。
自动保存(Auto Save),像在编辑Word时每隔一段时间应用都会自动保存 。
简单克隆(Thin Clone) ， 同一个应用可以“克隆”成多个平行运行 ， 且各个应用互相独立 。
应用迁移(APP Migration) ， 应用能够迁移到各个数据中心运行 ， 无论是裸机还是虚拟机 。
对于128个数量级的快照是否会占据大量内存 ， 范承工表示 ，“128个数量级的快照会占据一定的容量 ， 具体容量需要根据应用的活跃度决定 。 如果快照数量多 ， 改变也多 ， 就需要产生新的内存页进行管理 ， 需要用到多余的内存 ， 但即使是这样 ， 也会比128倍小很多 ， 这是因为未改变的内存页在物理层面上是共享的 。 整体来说 ， 内存资源是被节省了 。 ”
面向应用场景 ， 革命需要更多伙伴
有软件加持的SCM技术 ， 能在哪些具体的应用场景发力呢？
“让我们下定决心集中力量做大内存系统的另一个重要原因 ， 是我们已经找到三个对这一技术最感兴趣的应用场景 ， 一是云服务提供者CSP（Cloud Services Provider） ， 二是电影工作室在进行创作时的应用 ， 三是金融应用领域 ， 可以使最新的股市交易信息在2至3微秒内传递给用户 ， 建立一个更加公平的股市交易平台 。 ” 范承工介绍到 。

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平安银行是MemVerge的客户之一 ， 拥有6000多万的信用卡用户和9000多万的零售客户 。 平安银行大数据平台技术总监沈百军表示 ， 对于银行而言如果用户体量小 ， 可以直接将所有用户的数据全部加载到内存中 ， 提供快速的服务 。 面对一亿左右的用户 ， 就需要新的技术支持 。 “我们引进大内存技术 ， 全面实现ZeroIO ， 希望能让我们的服务全都是在内存里进行的 ， 这样可以达到一个非常理想的工作效率 。 ”
Banca Intesa Sanpaolo 是意大利市值最高的银行集团 ， 它部署了英特尔持久内存和Memory Machine软件 。 Banca Intesa Sanpaolo 云和混合数据中心主管 Nicola Carotti 表示：“MemVerge Memory Machine的 ZeroIO 快照功能显著提高了新应用程序的性能 ， 将恢复时间从数小时缩短到了数秒 。 ”
不过 ， 虽然大内存软件已有一些切实可行且效果不错的应用场景 ， 但大内存软件既是存储革命在软件层面的第一个进展 ， 也是MemVerge的第一个版本 。 范承工也表示 ， 这一版本软件还有一些值得升级的地方 ， 例如将手动调控比例升级为智能自动化、ZeroIO快照还可以有更多的数据服务 ， 安全服务也是MemVerge未来会考虑的方向 。
范承工认为 ， 大内存软件才刚刚开始 ， 这是一件值得MemVerge持续十几年时间投入来做的一件事 ， 基于千亿美元的内存市场 ， 需要更多的软件来更好地管理优化 ， 才能充分发挥出内存的价值 ， 那时候大内存软件将是一个百亿美元的市场 。
“存储革命无法靠我们一家创业公司独立完成 ， 还需要更多的合作伙伴共同建立一个良好的生态 ， 才能完成这场革命 。 ”范承工说 。
文中图片源自MemVerge


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