Was ist Persistent Memory?

In der sich schnell weiterentwickelnden Datenlandschaft von heute suchen Unternehmen ständig nach innovativen Storage-Lösungen, um die Funktionen zu verbessern und gleichzeitig die Kosten zu maximieren. Da Unternehmen immer mehr Daten erstellen, werden hochdichte, leistungsstarke Arbeits- und Storage-Lösungen entscheidend für die Verwaltung und den Mehrwert sein.

Ein solcher Fortschritt war persistenter Speicher, eine bahnbrechende Technologie, die eine neue Stufe in der Storage-Hierarchie darstellt. Diese Technologie, die 2019 auf den Markt kam, kombiniert die Geschwindigkeit von flüchtigem Speicher mit der Datenaufbewahrung herkömmlicher Storage-Geräte. 

Die frühen Inkarnationen des persistenten Speichers wie Intel Optane wurden eingestellt, aber die Probleme, die er lösen wollte, bestehen noch. Hier sehen Sie, was persistentes Gedächtnis bewirken könnte und wo zukünftige Forschungen führen könnten.

Zugehörige Lektüre: Zur Erinnerung an Optane, die Persistente Memory-Technologie von Intel

Was ist Persistent Memory?

Persistent Memory (oder PMEM) ist ein Solid-State-Hochleistungs-Computerspeicher, der Daten auch bei abgeschaltetem Strom speichert. Im Gegensatz zu flüchtigem Speicher, wie z. B. RAM (Random Access Memory), der alle seine Daten beim Herunterfahren des Systems verliert, speichert persistenter Speicher Informationen und ermöglicht einen schnelleren Datenzugriff und eine verbesserte Systemleistung beim Neustart.

Wie funktioniert Persistent Memory?

Die Persistent Memory-Technologie wurde auf nichtflüchtigen Speicherkomponenten (NVM) aufgebaut, die Daten persistent speichern. Diese Daten waren direkt für die oben dargestellte zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) zugänglich, sodass sie die Verzögerungen umgehen konnten, die mit herkömmlichen Storage-Geräten wie Festplattenlaufwerken (HDDs) oder Solid-State-Laufwerke (SSDs) verbunden sind. Es befand sich auch direkt auf dem Memory-Bus, der anders war, da es PMEM ermöglichte, auf Daten zuzugreifen, wie herkömmlicher Systemspeicher.

Persistent Memory lässt sich nahtlos in die oben dargestellte Speicherhierarchie integrieren und befindet sich zwischen flüchtigem Speicher und Storage-Geräten. Beispiele wie Optane arbeiteten ähnlich wie RAM, hielten jedoch Daten wie eine SSD zurück und überbrückten die Lücke zwischen Hochgeschwindigkeits- und langlebigem Storage.

PMEM kann in zwei Modi ausgeführt werden und bietet Zugriff auf verschiedene Funktionen:

• Memory-Modus: Ein Server verwendet PREM als Speicher, und DRAM verwaltet die am häufigsten aufgerufenen Daten, während das PMEM Speicherkapazität zur Unterstützung von Big-Data-Analysen, virtualisierten Datenbanken usw. bereitstellt. Hinweis: Daten werden im Falle eines Stromausfalls in diesem Modus nicht gespeichert.
• Direktmodus der App: Daten, die nicht dauerhaft gespeichert werden müssen, können auf DRAM ausgeführt werden, während Daten, die persistent sein müssen, an das PMEM weitergeleitet werden können. Anstatt PMEM als RAM zu betreiben, fungiert es als Storage. Sie können jederzeit einen Namespace oder ein Dateisystem über das PMEM für In-Memory-Datenbanken, Big-Data-Workloads und ultraschnelle Storage-Anwendungen stellen, um eine schnelle Verbindung zwischen Storage und Prozessor zu nutzen, sodass Daten sehr einfach hin und her geschrieben werden können.

Warum RAM nicht für Persistent Memory geeignet ist

Während RAM einen schnellen Datenzugriff bietet, ist es aufgrund seiner flüchtigen Natur für Langzeit-Storage ungeeignet. Persistent Memory hingegen kombiniert die Geschwindigkeit von RAM mit den nichtflüchtigen Eigenschaften von Storage-Geräten und eignet sich somit ideal für Anwendungen, die sowohl Geschwindigkeit als auch Datenbeständigkeit erfordern.

Anwendungsfälle für Persistent Memory

Persistent Memory-Technologie wurde in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, von Datenbanken und Analyseplattformen bis hin zu künstlicher Intelligenz und Virtualisierung. Anwendungsfälle, die von späteren Inkarnationen der Technologie profitieren könnten, sind solche, die ultraschnelle Storage-Anwendungen erfordern, wie z. B.: 

• In-Memory-Datenbanken wie SAP HANA
• Big-Data-Workloads wie Hadoop
• Virtualisierung: Höhere Server-Performance
• Genomische Sequenzierung: Schneller Datenzugriff beschleunigt genetische Analysen und Forschung
• Maschinelles Lernen und AI: Schneller Storage für den Zugriff auf Trainingsdatensätze beschleunigt die Trainingszeiten und ermöglicht die Entwicklung anspruchsvollerer AIAnwendungen.
• IoT-Datenverarbeitung: Ultraschnelle Storage-Lösungen ermöglichen es Unternehmen, wertvolle Erkenntnisse zu gewinnen und zeitnah auf IoT-generierte Ereignisse zu reagieren.
• Bedrohungsanalyse in der Cybersicherheit
• Videobearbeitung und -wiedergabe: Sicherstellung einer reibungslosen Wiedergabe, Bearbeitung und Wiedergabe von Videoprojekten
• Gaming: Gaming-Anwendungen erfordern schnellen Storage, um Spiel-Assets, -Texturen und -Levels schnell zu laden, wodurch das Gaming-Erlebnis verbessert wird, indem die Ladezeiten verkürzt und ein nahtloses Gameplay sichergestellt wird.

Unterschiede zwischen flüchtigem Storage und Persistent Memory

Flüchtiger Storage, dargestellt durch RAM, verliert Daten, wenn das System herunterfährt. Im Gegensatz dazu speichert Persistent Memory Informationen und stellt so die Datenintegrität und -beständigkeit sicher. Diese grundlegende Unterscheidung ist entscheidend in Unternehmensumgebungen, in denen die Datenzuverlässigkeit von entscheidender Bedeutung ist.

DRAM vs. Persistent Memory

Dynamic Random Access Memory (DRAM) ist schnell, aber flüchtig oder „ephemeral“. DRAM kann Funktionen wie Register, Pufferung und Fehlerkorrektur enthalten, aber selbst bei dieser Ausfallsicherheit verliert es Daten, wenn es zu einem Stromausfall oder einem Serverabsturz kommt. 

Da DRAM zu einem größeren Anteil der Serverkosten geworden ist, kann persistenter Speicher Geschwindigkeit, Ausfallsicherheit und Kapazität mit Nicht-Volatilität kombinieren, was ihn zu einer großartigen Option für Anwendungen macht, die schnellen Datenzugriff und -speicherung erfordern. Und PMEM war pro Gigabyte weitaus günstiger als DRAM.

SSDs und HDDs im Vergleich zu Persistent Memory

Herkömmliche Storage-Geräte wie SSDs und HDDs bieten Langlebigkeit, aber vergleichsweise langsameren Datenzugriff. Persistent Memory kann diese Einschränkung überwinden, indem er schnelle Zugriffszeiten bietet und gleichzeitig Daten schützt und sowohl die Geschwindigkeit als auch die Zuverlässigkeit von Enterprise-Storage-Lösungen verbessert. Im Gegensatz zu Flash befindet sich PMEM auch direkt auf dem Speicherbus.

Wie wird PMEM in eine bestehende Architektur integriert?

PMEM war ein wichtiger Schritt nach vorne von herkömmlichen Speicherarchitekturen zu abgestuften Speicherarchitekturen. Der Hauptunterschied war, dass PMEM direkt auf dem Memory-Bus saß, aber verbesserten Storage bot. Auf diese Weise war es fast wie eine völlig neue Ebene in der Storage-Hierarchie.

In einer herkömmlichen Speicherarchitektur hätten Sie einen einzigen DRAM-Pool. PMEM ermöglichte jedoch eine 1:4-Tiered-Memory-Architektur. PMEM könnte als Kapazitätsebene unter der DRAM-Ebene fungieren, die als schnelle Cache-Ebene fungieren kann. Dies ermöglicht es dem DRAM, die Performance zu bewältigen, jedoch mit mehr Speicherkapazität als DRAM allein. Heiße Daten gingen auf den DRAM und warme Daten gingen auf PMEM.

Die Anwendungsfälle sind jedoch wichtig. Es wäre nicht kosteneffizient, alle SSDs und HDDs durch PMEM zu ersetzen. Aber die Ermöglichung optimaler Performance und Kapazität ohne die Kosten von DRAM war ein (kurzfristiger) Gewinn.

Wie sieht es mit Storage Class Memory (SCM) aus?

Storage-Class Memory (SCM) ist ein übergeordneter Begriff, der verschiedene nichtflüchtige Speichertechnologien umfasst, einschließlich persistenten Speichers. Persistent Memory als Untergruppe von SCM bietet schnellen, nichtflüchtigen Daten-Storage, was ihn zu einer wichtigen Komponente in modernen Unternehmensarchitekturen macht.

NVMe vs. PMEM

Nichtflüchtiger Speicherexpress (NVMe) und Persistent Memory waren komplementäre Technologien. NVMe beschleunigt die Datenübertragung zwischen CPU und Storage-Geräten, während PMEM die Gesamtsystem-Performance verbessert, indem es einen schnellen, persistenten Datenzugriff ermöglicht.

Vorteile von Persistent Memory

Die Integration von Persistent Memory in Unternehmenssysteme könnte mehrere Vorteile mit sich bringen, darunter: 

• Verbesserte Performance
• Geringere Latenz
• Vielseitigkeit , mit unterschiedlichen Betriebsmodi, die Zugriff auf zwei unterschiedliche Funktionssätze bieten
• Verbesserte Skalierbarkeit
• Die Nicht-Volatilität sorgt für einen laufenden Datenzugriff, selbst bei einem unerwarteten Stromausfall, einem Absturz oder einem Systemabbruch. Die Persistent Memory-Technologie ermöglicht eine nahtlose Datenpersistenz und stellt sicher, dass kritische Informationen auch bei Stromausfällen oder Systemausfällen geschützt sind.
• Bessere Gesamtbetriebskosten (TCO) und Erschwinglichkeit. Wie wir bereits erwähnt haben, ist sie auch größer, ohne die Kosten drastisch zu erhöhen. Typische RAM-DIMM-Größen umfassen 16, 32, 64, 128 und 256GB – aber die Kosten steigen mit der Größe drastisch an. Mit PMEM beginnen die Größen bei 128GB und steigen dann auf 256GB und 512GB. Wenn Sie sechs dieser 512GB-Geräte pro Prozessor in einen Server aufnehmen, erhalten Sie drei pro Prozessor, was bis zu 6TB Speicher ergibt. Während der RAM als Cache und der PMEM als RAM fungiert, wären zwei Sockets 6TB RAM.
• Bessere Sicherheit für Daten-In-Memory mit Verschlüsselungs-Add-ons

Verbesserte Performance mit Persistent Memory

Durch die Minimierung von Verzögerungen beim Datenzugriff könnte persistenter Speicher die Anwendungs-Performance erheblich steigern. Komplexe Berechnungen, umfangreiche Datenverarbeitung und Echtzeitanalysen profitierten von dem schnellen Datenabruf, der durch Persistent Memory-Technologie ermöglicht wurde.

Persistent Memory und Datenpersistenz

Datenpersistenz ist in Unternehmensumgebungen unerlässlich, in denen der ununterbrochene Zugriff auf wichtige Informationen von höchster Bedeutung ist. Persistent Memory garantierte die Datenaufbewahrung, sodass Unternehmen sich nach Systemausfällen schnell wiederherstellen und einen kontinuierlichen Betrieb sicherstellen können. 

War Persistent Memory skalierbar?

Ja, Persistent Memory war hochgradig skalierbar. Unternehmen konnten ihre Storage-Kapazitäten erweitern, indem sie persistentere Speichermodule hinzufügten, um den wachsenden Datenanforderungen gerecht zu werden. 

Potenzielle Nachteile von Persistent Memory

Während persistenter Speicher zahlreiche Vorteile bot, gab es Dinge zu beachten, wie z. B.: 

• Kompatibilitätsprobleme
• Höhere Kosten im Vergleich zu herkömmlichem Storage
• Begrenzte Kapazitätsoptionen 

War Persistent Memory teuer?

PMEM wurde am besten strategisch eingesetzt, beispielsweise wenn ein größerer Systemspeicher erforderlich war, da er teurer war als NVMe SSD und 3D NAND SSD.

Persistente Speichermodule waren teurer als herkömmliche Storage-Optionen wie HDDs oder SSDs. Die Kostendifferenz hätte jedoch wahrscheinlich durch Performancesteigerungen und eine verbesserte Datenzuverlässigkeit gemindert werden können. 

Wird Persistent Memory wiederhergestellt?

Die Optane-Produktlinie von Intel wurde eingestellt, aber die Forschung konnte mit Alternativen zu persistentem Speicher wie Memory Tiering weiter voranschreiten.

Fazit

Persistent Memory stellte einen Paradigmenwechsel im Unternehmens-Storage dar und bot ein Potenzial für eine neue Ebene, die auf Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit basiert. Seine Fähigkeit, die besten Aspekte von flüchtigem Speicher und herkömmlichen Storage-Geräten zu kombinieren, machte es zu einer bahnbrechenden Technologie, bevor es außer Betrieb genommen wurde.

Suchen Sie nach der besten Storage-Lösung für Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit auf dem Markt? Entdecken Sie, was FlashArray ™ DirectMemory® Cache für Sie leisten kann.