Che cos'è la memoria persistente?

Nell'attuale panorama dei dati in rapida evoluzione, le aziende sono costantemente alla ricerca di soluzioni di storage innovative per migliorare le capacità e massimizzare i costi. Man mano che le aziende creano più dati, la memoria e lo storage ad alta densità e a performance elevate saranno cruciali per la gestione di tutto e per ottenere più valore.

Uno di questi progressi è stata la memoria persistente, una tecnologia rivoluzionaria che rappresenta un nuovo tier nella gerarchia dello storage. Questa tecnologia, emersa nel 2019, combina la velocità della memoria volatile con la conservazione dei dati dei dispositivi di storage tradizionali. 

Le prime incarnazioni della memoria persistente, come Intel Optane, sono state interrotte, ma i problemi che intendeva risolvere esistono ancora. Ecco cosa potrebbe fare la memoria persistente e dove potrebbe condurre la ricerca futura.

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Che cos'è la memoria persistente?

La memoria persistente (o PMEM) è una memoria a stato solido a performance elevate che conserva i dati anche quando l'alimentazione è spenta. A differenza della memoria volatile, come la memoria ad accesso casuale (RAM), che perde tutti i dati quando il sistema viene spento, la memoria persistente conserva le informazioni, consentendo un accesso più rapido ai dati e migliori performance di sistema al riavvio.

Come funziona la memoria persistente?

La tecnologia di memoria persistente è stata costruita su componenti di memoria non volatile (NVM), che memorizzano i dati in modo persistente. Questi dati erano direttamente accessibili dall'unità di elaborazione centrale (CPU), come illustrato sopra, il che significava che poteva bypassare i ritardi associati ai dispositivi di storage tradizionali come le unità disco rigido (HDD) o le unità a stato solido (SSD). Inoltre risiedeva direttamente sul bus di memoria, che era diverso perché consentiva a PMEM di accedere ai dati come la memoria di sistema tradizionale.

La memoria persistente si integra perfettamente nella gerarchia della memoria illustrata sopra, che risiede tra la memoria volatile e i dispositivi di storage. Esempi come Optane funzionavano in modo simile alla RAM, ma conservavano i dati come un'unità SSD, colmando il divario tra memoria ad alta velocità e storage durevole.

PMEM può essere eseguito in due modalità, offrendo accesso a diversi set di funzionalità:

• Modalità memoria: Un server utilizza PREM come memoria e la DRAM gestirà i dati a cui si accede più di frequente, mentre la PMEM fornisce capacità di memoria per supportare Big Data Analytics, database virtualizzati, ecc. Nota: I dati non vengono salvati in caso di interruzione dell'alimentazione in questa modalità.
• Modalità App Direct: I dati che non devono essere archiviati in modo permanente possono essere eseguiti su una DRAM, mentre i dati che devono essere persistenti possono essere instradati al PMEM. Invece di avere PMEM che funziona come RAM, funziona come storage. Puoi mettere un namespace o un file system sopra il PMEM per database in-memory, workload di Big Data e applicazioni di storage ultraveloci ogni volta che vuoi approfittare di una connessione rapida tra storage e processore in modo che i dati possano essere scritti avanti e indietro molto facilmente.

Perché la RAM non è adatta allo storage persistente

Sebbene la RAM fornisca un accesso rapido ai dati, la sua natura volatile la rende inadatta allo storage a lungo termine. La memoria persistente, invece, combina la velocità della RAM con le caratteristiche non volatili dei dispositivi di storage, rendendola ideale per le applicazioni che richiedono velocità e durata dei dati.

Casi d'uso per la memoria persistente

La tecnologia della memoria persistente è stata adottata in varie applicazioni, dai database e dalle piattaforme di analytics all'intelligenza artificiale e alla virtualizzazione. I casi d'uso che potrebbero trarre vantaggio da successive incarnazioni della tecnologia sono quelli che richiedono applicazioni di storage ultraveloci, come: 

• Database in-memory come SAP HANA
• workload di Big Data come Hadoop
• Virtualizzazione: Aumento delle performance dei server
• Sequenziamento genomico: L'accesso rapido ai dati accelera l'analisi e la ricerca genetica
• Machine learning e AI: Lo storage rapido per accedere ai set di dati di addestramento accelera i tempi di addestramento, consentendo lo sviluppo di applicazioni di AI più sofisticate.
• Elaborazione dei dati IoT: Le soluzioni di storage ultraveloce consentono alle aziende di estrarre informazioni approfondite preziose e rispondere tempestivamente agli eventi generati dall'IoT.
• Analisi delle minacce nella sicurezza informatica
• Video editing e rendering: Garanzia di riproduzione, modifica e rendering fluidi dei progetti video
• Gioco: Le applicazioni di gioco richiedono uno storage rapido per caricare rapidamente risorse, texture e livelli di gioco, migliorando l'esperienza di gioco riducendo i tempi di caricamento e garantendo un gameplay fluido.

Differenze tra storage volatile e memoria persistente

Lo storage volatile, rappresentato dalla RAM, perde i dati quando il sistema si spegne. Al contrario, la memoria persistente conserva le informazioni, garantendo l'integrità e la durata dei dati. Questa distinzione fondamentale è fondamentale negli ambienti aziendali in cui l'affidabilità dei dati è fondamentale.

Confronto tra DRAM e memoria persistente

La DRAM (Dynamic random access memory) è veloce, ma è volatile o "effimera". La DRAM può includere funzionalità come registro, buffering e correzione degli errori, ma anche con questa resilienza, perderà i dati in caso di interruzione dell'alimentazione o arresto anomalo del server. 

Poiché la DRAM è diventata una percentuale maggiore dei costi dei server, la memoria persistente può combinare velocità, resilienza e capacità con la non volatilità, rendendola un'ottima opzione per le applicazioni che richiedono un rapido accesso e conservazione dei dati. Inoltre, il PMEM era in gran parte più economico per gigabyte rispetto alla DRAM.

SSD e HDD rispetto alla memoria persistente

I dispositivi di storage tradizionali, come le unità SSD e le unità HDD, offrono durata ma un accesso ai dati relativamente più lento. La memoria persistente può superare questa limitazione fornendo tempi di accesso rapidi e preservando i dati, migliorando sia la velocità che l'affidabilità nelle soluzioni di storage enterprise. Inoltre, a differenza della memoria flash, PMEM si trova direttamente sul bus di memoria.

Come si integra PMEM in un'architettura esistente?

Il PMEM ha rappresentato un importante passo avanti dalle architetture di memoria legacy alle architetture di memoria a più livelli. La differenza principale era che il PMEM si sedeva direttamente sul bus di memoria, ma offriva uno storage avanzato. In questo modo, era quasi come un tier completamente nuovo nella gerarchia dello storage.

In un'architettura di memoria legacy, è disponibile un unico pool di DRAM. Tuttavia, PMEM ha consentito un'architettura di memoria con tier 1:4. Il PMEM potrebbe fungere da tier di capacità al di sotto del livello DRAM, che può fungere da tier di cache veloce. Ciò consente alla DRAM di gestire le performance, ma con una capacità di memoria maggiore rispetto alla sola DRAM. I dati a caldo sono passati alla DRAM e i dati a caldo sono passati alla PMEM.

Tuttavia, i casi d'uso sono importanti. Non sarebbe conveniente sostituire tutte le unità SSD e le unità HDD con PMEM. Ma ottenere performance e capacità ottimali senza il costo della DRAM è stato un successo (di breve durata).

E per quanto riguarda Storage Class Memory (SCM)?

Storage-class memory (SCM) è un termine generale che comprende varie tecnologie di memoria non volatile, compresa la memoria persistente. La memoria persistente, come sottoinsieme di SCM, offre data storage non volatile ad alta velocità, rendendolo un componente vitale nelle moderne architetture aziendali.

NVMe e PMEM a confronto

La memoria non volatile express (NVMe )e la memoria persistente erano tecnologie complementari. NVMe accelera il trasferimento dei dati tra la CPU e i dispositivi di storage, mentre PMEM migliora le performance complessive del sistema fornendo un accesso ai dati rapido e persistente.

Vantaggi della memoria persistente

L'integrazione della memoria persistente nei sistemi aziendali potrebbe offrire diversi vantaggi, tra cui: 

• Performance migliorate
• Latenza ridotta
• Versatilità, con diverse modalità operative che offrono accesso a due diversi set di funzionalità
• Maggiore scalabilità
• La non volatilità garantisce l'accesso continuo ai dati, anche in caso di interruzione imprevista dell'alimentazione, arresto anomalo o arresto del sistema. La tecnologia di memoria persistente facilita la persistenza continua dei dati, garantendo la protezione delle informazioni critiche anche in caso di interruzione dell'alimentazione o guasti del sistema.
• Migliore costo totale di proprietà (TCO) e convenienza. Come abbiamo detto in precedenza, è anche più grande senza aumentare drasticamente i costi. Le dimensioni tipiche del DIMM RAM includono 16, 32, 64, 128 e 256GB, ma i costi aumentano drasticamente con le dimensioni. Con PMEM, le dimensioni iniziano con 128GB quindi aumentano a 256GB e 512GB. Includendo sei di questi dispositivi da 512GB per processore in un server, ne verranno forniti tre per processore, per un totale di 6TB di memoria. Mentre la RAM funge da cache e la PMEM da RAM, due socket sono costituiti da 6TB di RAM.
• Maggiore sicurezza per i dati in-memory con componenti aggiuntivi di crittografia

Performance migliorate con memoria persistente

Riducendo al minimo i ritardi nell'accesso ai dati, la memoria persistente potrebbe aumentare notevolmente le performance delle applicazioni. I calcoli complessi, l'elaborazione dei dati su larga scala e gli analytics in tempo reale hanno beneficiato del rapido recupero dei dati grazie alla tecnologia di memoria persistente.

Memoria persistente e persistenza dei dati

La persistenza dei dati è essenziale negli ambienti aziendali in cui l'accesso ininterrotto alle informazioni critiche è fondamentale. La memoria persistente ha garantito la conservazione dei dati, consentendo alle aziende di eseguire rapidamente il ripristino dopo i guasti del sistema e garantendo operazioni continue. 

La memoria persistente era scalabile?

Sì, la memoria persistente era altamente scalabile. Le aziende possono espandere le proprie capacità di storage aggiungendo moduli di memoria più persistenti per soddisfare i crescenti requisiti di dati. 

Potenziali svantaggi della memoria persistente

Sebbene la memoria persistente offrisse numerosi vantaggi, c'erano cose da considerare come: 

• Problemi di compatibilità
• Costi più elevati rispetto allo storage tradizionale
• Opzioni con capacità limitata 

La memoria persistente era costosa?

Il PMEM è stato utilizzato in modo strategico, ad esempio quando era necessaria una memoria di sistema più elevata, poiché era più costosa rispetto all'unità SSD NVMe e all'unità SSD NAND 3D.

I moduli di memoria persistenti erano più costosi rispetto alle opzioni di storage tradizionali come le unità HDD o le unità SSD. Tuttavia, la differenza di costo avrebbe potuto essere mitigata dai guadagni in termini di performance e dalla maggiore affidabilità dei dati. 

La memoria persistente verrà ripristinata?

La linea di prodotti Optane di Intel è stata interrotta, ma la ricerca potrebbe continuare a progredire ulteriormente con alternative alla memoria persistente, come il tiering della memoria.

Conclusione

La memoria persistente ha rappresentato un cambiamento di paradigma nello storage enterprise, offrendo un potenziale per un nuovo tier, basato su velocità e affidabilità. La sua capacità di combinare gli aspetti migliori della memoria volatile con i dispositivi di storage tradizionali l'ha resa una tecnologia rivoluzionaria prima di essere ritirata.

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