Wat is persistent geheugen?

In het snel evoluerende datalandschap van vandaag zijn ondernemingen voortdurend op zoek naar innovatieve opslagoplossingen om de mogelijkheden te verbeteren en tegelijkertijd de kosten te maximaliseren. Naarmate ondernemingen meer data creëren, zullen high-density, high-performance geheugen en opslag van cruciaal belang zijn voor het beheer van alles en het verkrijgen van meer waarde.

Een dergelijke vooruitgang was persistent geheugen, een baanbrekende technologie die een nieuw niveau in de opslaghiërarchie vertegenwoordigt. Deze technologie, die in 2019 opkwam, combineert de snelheid van vluchtig geheugen met de dataretentie van traditionele opslagapparaten. 

De vroege incarnaties van persistent geheugen, zoals Intel Optane, zijn stopgezet, maar de problemen die het wilde oplossen bestaan nog steeds. Hier is een blik op wat persistent geheugen kan doen en waar toekomstig onderzoek naartoe kan leiden.

Gerelateerd lezen: Ter nagedachtenis van Optane, Intel's Persistent Memory Technology

Wat is persistent geheugen?

Persistent geheugen (of, PMEM) is solid-state, high-performance computergeheugen dat data opslaat, zelfs wanneer de stroom wordt uitgeschakeld. In tegenstelling tot vluchtig geheugen, zoals random access memory (RAM), dat al zijn data verliest wanneer het systeem wordt uitgeschakeld, bewaart persistent geheugen informatie, waardoor snellere datatoegang en verbeterde systeemprestaties bij het opnieuw opstarten mogelijk zijn.

Hoe werkt persistent geheugen?

Persistente geheugentechnologie is gebouwd op niet-vluchtige geheugencomponenten (NVM), die data persistent opslaan. Deze data waren direct toegankelijk voor het centrale processordeel (CPU), zoals hierboven afgebeeld, wat betekende dat ze de vertragingen konden omzeilen die gepaard gaan met traditionele opslagapparaten zoals harde schijven (HDD's) of Solid-state-schijven (SSD's). Het bevond zich ook direct op de geheugenbus, wat anders was omdat het PMEM toegang gaf tot data zoals het traditionele systeemgeheugen dat heeft gedaan.

Persistent geheugen integreert naadloos in de hierboven geïllustreerde geheugenhiërarchie, die zich tussen vluchtige geheugen- en opslagapparaten bevindt. Voorbeelden zoals Optane werkten op een manier die vergelijkbaar is met RAM, maar bewaarde data zoals een SSD, waardoor de kloof tussen high-speed geheugen en duurzame opslag werd overbrugd.

PMEM kan in twee modi worden uitgevoerd en biedt toegang tot verschillende sets mogelijkheden:

• Geheugenmodus: Een server gebruikt PREM als geheugen en DRAM beheert de meest gebruikte data, terwijl de PMEM geheugencapaciteit biedt om big data-analytics, gevirtualiseerde databases, enz. te ondersteunen. Opmerking: In deze modus worden de data niet opgeslagen in geval van stroomuitval.
• App directe modus: Data die niet permanent hoeven te worden opgeslagen, kunnen worden uitgevoerd op DRAM, terwijl data die wel persistent moeten zijn, naar de PMEM kunnen worden doorgestuurd. In plaats van dat PMEM als RAM werkt, werkt het als opslag. U kunt een namespace of bestandssysteem bovenop de PMEM plaatsen voor in-memory databases, big data workloads en ultrasnelle opslagapplicaties wanneer u wilt profiteren van een snelle verbinding tussen opslag en processor, zodat data zeer eenvoudig heen en weer kunnen worden geschreven.

Waarom RAM niet geschikt is voor persistente opslag

Hoewel RAM snelle toegang tot data biedt, maakt de vluchtige aard het ongeschikt voor langdurige opslag. Aanhoudend geheugen daarentegen combineert de snelheid van RAM met de niet-vluchtige kenmerken van opslagapparaten, waardoor het ideaal is voor toepassingen die zowel snelheid als dataduurzaamheid vereisen.

Gebruikssituaties voor persistent geheugen

Permanente geheugentechnologie werd omarmd in verschillende toepassingen, van databases en analyseplatforms tot kunstmatige intelligentie en virtualisatie. Gebruikssituaties die kunnen profiteren van latere incarnaties van de technologie zijn gevallen die ultrasnelle opslagtoepassingen vereisen, zoals: 

• In-memory databases zoals SAP HANA
• Big data workloads zoals Hadoop
• Virtualisatie: Serverprestaties verhogen
• Genomische sequencing: Snelle datatoegang versnelt genetische analyse en onderzoek
• Machine learning en AI: Snelle opslag om toegang te krijgen tot trainingsdatasets versnelt de trainingstijden, waardoor de ontwikkeling van meer geavanceerde AI-toepassingen mogelijk is.
• IoT-dataverwerking: Dankzij ultrasnelle opslagoplossingen kunnen bedrijven waardevolle inzichten extraheren en snel reageren op door IoT gegenereerde gebeurtenissen.
• Bedreigingsanalyse in cybersecurity
• Videobewerking en -rendering: Zorgen voor soepel afspelen, bewerken en renderen van videoprojecten
• Gaming: Gamingapplicaties vereisen snelle opslag om game-assets, -texturen en -niveaus snel te laden, waardoor de gamingervaring wordt verbeterd door de laadtijden te verkorten en naadloze gameplay te garanderen.

Verschillen tussen vluchtige opslag en persistent geheugen

Vluchtige opslag, vertegenwoordigd door RAM, verliest data wanneer het systeem wordt uitgeschakeld. Het permanente geheugen daarentegen bewaart informatie, waardoor de integriteit en duurzaamheid van de data worden gewaarborgd. Dit fundamentele onderscheid is cruciaal in bedrijfsomgevingen waar databetrouwbaarheid van het grootste belang is.

DRAM vs. persistent geheugen

Dynamic random access memory (DRAM) is snel, maar vluchtig, of "kortstondig". DRAM kan functies omvatten zoals register, buffering en foutcorrectie, maar zelfs met deze veerkracht verliest het data als er een stroomstoring of servercrash optreedt. 

Aangezien DRAM een groter deel van de serverkosten is geworden, kan persistent geheugen snelheid, veerkracht en capaciteit combineren met niet-vluchtigheid, waardoor het een geweldige optie is voor toepassingen die snelle toegang tot en retentie van data vereisen. En PMEM was grotendeels goedkoper per gigabyte dan DRAM.

SSD's en HDD's vs. persistent geheugen

Traditionele opslagapparaten, zoals SSD's en HDD's, bieden duurzaamheid maar relatief tragere datatoegang. Permanent geheugen kan deze beperking overwinnen door snelle toegangstijden te bieden en tegelijkertijd data te bewaren, waardoor zowel de snelheid als de betrouwbaarheid van enterprise storage-oplossingen worden verbeterd. In tegenstelling tot flash zit PMEM ook direct op de geheugenbus.

Hoe is PMEM geïntegreerd in een bestaande architectuur?

PMEM was een belangrijke stap vooruit van legacy-geheugenarchitecturen naar gelaagde geheugenarchitecturen. Het belangrijkste verschil was dat PMEM direct op de geheugenbus zat, maar verbeterde opslag bood. Op deze manier was het bijna een geheel nieuw niveau in de opslaghiërarchie.

In een legacy-geheugenarchitectuur zou u één enkele pool DRAM hebben. PMEM maakte echter een 1:4 gelaagde geheugenarchitectuur mogelijk. PMEM kan fungeren als een capaciteitslaag onder de DRAM-laag, die kan fungeren als een snelle cachelaag. Hierdoor kan de DRAM de prestaties aan, maar met meer geheugencapaciteit dan alleen DRAM. Hete data gingen op de DRAM en warme data gingen op PMEM.

De use cases zijn echter belangrijk. Het zou niet kosteneffectief zijn om alle SSD's en HDD's te vervangen door PMEM. Maar het mogelijk maken van optimale prestaties en capaciteit zonder de kosten van DRAM was een (kortdurende) overwinning.

Hoe zit het met Storage Class Memory (SCM)?

Storage-class memory (SCM) is een overkoepelende term die verschillende niet-vluchtige geheugentechnologieën omvat, waaronder persistent geheugen. Persistent geheugen, als een subset van SCM, biedt snelle, niet-vluchtige dataopslag, waardoor het een essentieel onderdeel is van moderne bedrijfsarchitecturen.

NVMe vs. PMEM

Niet-vluchtige memory express (NVMe ) en persistent geheugen waren complementaire technologieën. NVMe versnelt de dataoverdracht tussen de CPU en opslagapparaten, terwijl PMEM de algehele systeemprestaties verbetert door snelle, permanente datatoegang te bieden.

Voordelen van persistent geheugen

De integratie van persistent geheugen in bedrijfssystemen kan verschillende voordelen opleveren, waaronder: 

• Verbeterde prestaties
• Verminderde latency
• Veelzijdigheid, met verschillende bedrijfsmodi die toegang bieden tot twee verschillende sets mogelijkheden
• Verbeterde schaalbaarheid
• Non-volatility zorgt voor voortdurende datatoegang, zelfs tijdens een onverwacht stroomverlies, crash of systeemuitschakeling. Permanente geheugentechnologie vergemakkelijkt naadloze datapersistentie, waardoor kritieke informatie wordt beschermd, zelfs tijdens stroomuitval of systeemstoringen.
• Betere totale eigendomskosten (TCO) en betaalbaarheid. Zoals we hierboven al zeiden, is het ook groter zonder de kosten drastisch te verhogen. Typische RAM DIMM-groottes zijn 16, 32, 64, 128 en 256GB - maar de kosten nemen drastisch toe met de grootte. Met PMEM beginnen de maten met 128GB worden ze vervolgens verhoogd naar 256GB en 512GB Zes van die 512GB-apparaten per processor in een server leveren er drie per processor, wat neerkomt op 6TB geheugen. Hoewel de RAM fungeert als cache en de PMEM als RAM, zouden twee sockets 6TB RAM zijn.
• Betere beveiliging voor data in het geheugen met encryptie add-ons

Verbeterde prestaties met persistent geheugen

Door vertragingen in datatoegang tot een minimum te beperken, kan het aanhoudende geheugen de applicatieprestaties aanzienlijk verbeteren. Complexe berekeningen, grootschalige dataverwerking en realtime analytics profiteerden van het snelle dataherstel dat mogelijk werd gemaakt door persistente geheugentechnologie.

Persistent geheugen en datapersistentie

Datapersistentie is essentieel in bedrijfsomgevingen waar ononderbroken toegang tot kritieke informatie van het grootste belang is. Permanent geheugen gegarandeerde dataretentie, waardoor bedrijven snel kunnen herstellen na systeemstoringen en continue activiteiten kunnen garanderen. 

Was persistent geheugen schaalbaar?

Ja, persistent geheugen was zeer schaalbaar. Ondernemingen kunnen hun opslagcapaciteit uitbreiden door meer persistente geheugenmodules toe te voegen om aan de groeiende datavereisten te voldoen. 

Mogelijke nadelen van persistent geheugen

Hoewel persistent geheugen talrijke voordelen bood, waren er zaken om rekening mee te houden, zoals: 

• Compatibiliteitsproblemen
• Hogere kosten in vergelijking met traditionele opslag
• Opties voor beperkte capaciteit 

Was persistent geheugen duur?

PMEM werd het beste strategisch gebruikt, bijvoorbeeld wanneer meer systeemgeheugen nodig was, omdat het duurder was dan NVMe SSD en 3D NAND SSD.

Permanente geheugenmodules waren duurder dan traditionele opslagopties zoals HDD's of SSD's. Het kostenverschil had echter waarschijnlijk kunnen worden beperkt door prestatiewinst en verbeterde databetrouwbaarheid. 

Wordt het permanente geheugen hersteld?

De Optane-productlijn van Intel werd stopgezet, maar het onderzoek kon doorgaan met verdere vooruitgang met alternatieven voor persistent geheugen, zoals memory tiering.

Conclusie

Persistent geheugen vertegenwoordigde een paradigmaverschuiving in enterprise storage, waardoor een potentieel voor een nieuw niveau werd geboden, één op basis van snelheid en betrouwbaarheid. Het vermogen om de beste aspecten van vluchtig geheugen en traditionele opslagapparaten te combineren maakte het een baanbrekende technologie voordat het werd stopgezet.

Bent u op zoek naar de beste opslagoplossing op het gebied van snelheid en betrouwbaarheid op de huidige markt? Ontdek wat FlashArray ™ DirectMemory® Cache voor u kan betekenen.