آشنایی کامل با تکنولوژی Persistent Memory hpe (حافظه پایدار)

شرکت اچ پی یکی از بهترین برندها در طراحی و تولید محصولات تکنولوژی است. این شرکت مدام در تلاش است تا بهترین و به‌روزترین طراحی‌ها را در زمینه‌های مختلف ارائه دهد. یکی از پیشرفته‌ترین طراحی‌های این شرکت، Persistent Memory یا حافظه پایدار است. این مموری که در سرورهای HPE قرار داده می‌شود، سرعت بالایی دارد، غیرفرار است و می‌توان با کمک آن مراکز داده بزرگ با حجم زیادی از اطلاعات را مدیریت کرد. در این مقاله می‌خواهیم به معرفی تکنولوژی Persistent Memory hpe بپردازیم و مزایا و کاربردهای آن را بررسی کنیم. 

Persistent Memory hpe چیست؟

حافظه پایدار اچ پی یکی از به‌روزترین تولیدات این شرکت است که تحولی عظیم در صنعت مموری‌ها ایجاد کرده است. در تولید این حافظه به سه عامل سرعت و طول عمر و پایداری ذخیره‌سازی توجه ویژه‌ای شده است. به همین دلیل نیز حافظه پایدار در گروه مموری‌های non-volatility storage قرار می‌گیرد. یعنی حافظه‌هایی که حفاظت از داده و غیرفرار بودن را تضمین می‌کنند. 

در این حافظه از ماژول‌های NVDIMM استفاده شده است. نکته مهم دیگری که در مورد این محصول وجود دارد این است که در آن سرعت DRAM با انعطاف‌پذیری حافظه فلش ادغام شده است. ویژگی دیگر این است که حتی در صورت قطع برق هم داده‌ها حفظ می‌شوند. ماژول‌های این حافظه به صورت آدرس‌دهی بایتی کار می‌کنند و هدف آنها ادغام در سطح subsystem حافظه است. HPE Persistent Memory می‌تواند تا 6 ترابایت حافظه را در هر سرور سری 200 ارائه دهد.

تکنولوژی‌های پایه Persistent Memory hpe

در ساخت و طراحی Persistent Memory hpe از فناوری پیشرفته‌ای استفاده شده است. برای دستیابی به عملکرد صحیح در این فناوری، به سرعت، پایداری و ظرفیت بالا نیاز است. در ادامه توضیح می‌دهیم که در ساخت این حافظه از چه فناوری استفاده شده است:

فناوری D XPoint3

برخلاف حافظه فلش سنتی  NAND که داده‌ها را در لایه‌های دوبعدی ذخیره می‌کند، فناوری D XPoint3 سلول‌های حافظه را در یک شبکه سه‌بعدی مرتب می‌کند. این معماری منجر به تراکم بالاتر و سرعت دسترسی بسیار سریع‌تر می‌شود. این فناوری به جای تکیه بر حرکت الکترون‌ها، از یک ماده سوئیچینگ حجیم استفاده می‌کند که به سرعت و استقامت آن کمک می‌کند. این ماده می‌تواند حالت مقاومت خود را تغییر و داده‌های دودویی (0 و 1) را نشان دهد و می‌تواند بسیار سریع‌تر از فلش NAND خوانده و نوشته شود.

قابلیت آدرس‌دهی بایت

یکی از ویژگی‌های کلیدی حافظه پایدار، قابلیت آدرس‌دهی بایتی آن است، به این معنی که می‌توان به بایت‌های منفرد داده دسترسی پیدا کرد و آنها را مستقیماً تغییر داد. این ویژگی در تضاد با دستگاه‌های ذخیره‌سازی با قابلیت آدرس‌دهی بلوکی مانند SSDها است که نیاز به خواندن و نوشتن کل بلوک‌های داده، حتی برای تغییرات کوچک، دارند. قابلیت آدرس‌دهی بایتی، تأخیر را کاهش داده و عملکرد برنامه‌هایی را که مرتباً به تکه‌های داده کوچک دسترسی دارند، افزایش می‌دهد.

ادغام با Memory Subsystem

ماژول‌های حافظه پایدار HPE مستقیماً در اسلات‌های حافظه DDR4 سرورهای سازگار ادغام می‌شوند. این امر به آنها اجازه می‌دهد تا روی باس حافظه کار کنند و سرعتی در حد DRAM برای دسترسی به داده‌ها داشته باشند. سیستم‌عامل و برنامه‌ها می‌توانند حافظه پایدار را به عنوان افزونه‌ای از حافظه اصلی در نظر بگیرند، اما افزونه‌ای که غیرفرار است. 

ویژگی‌های Persistent Memory hpe

از مهم‌ترین ویژگی‌های Persistent Memory hpe می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• افزایش عملکرد و کاهش زمان از کار افتادگی: HPE Scalable Persistent Memory می‌تواند عملیات بازرسی را تا ۲۷ برابر سریع‌تر انجام دهد و زمان راه‌اندازی مجدد پایگاه داده را ۲۰ برابر کاهش دهد. این گونه زمان از کار افتادگی به حداقل می‌رسد و بهره‌وری عملیاتی افزایش می‌یابد.
• دسترسی سریع‌تر به داده‌ها نسبت به SSDها: تعداد IOPS (عملیات ورودی/خروجی در هر ثانیه) این فناوری 34 برابر بیشتر از SSDهای استاندارد است. علاوه بر این، پهنای باندی که حافظه پایدار ارائه می‌دهد 16 برابر بیشتر از اس اس دی است.
• ظرفیت بالاتر و هزینه کمتر به ازای هر بیت: معمولاً حافظه پایدار اچ پی 4 برابر DRAMی با اندازه یکسان، ظرفیت و تراکم دارد. این تراکم بالاتر، ایجاد گره‌های محاسباتی با ظرفیت حافظه بسیار بیشتر در خوشه‌ها را امکان‌پذیر می‌کند. این گونه هزینه هر بیت در مقایسه با DRAM کمتر محاسبه می‌گردد. علاوه بر این، پتانسیل مقیاس‌پذیری نیز نسبت به DRAM بهتر است.
• کاهش خطای پیج و مصرف برق: این حافظه می‌تواند خطاهای پیج را تا ۵ برابر کاهش دهد و تقریباً ۵۰٪ انرژی کمتری نسبت به DRAM با اندازه مشابه مصرف کند. این امر به صرفه‌جویی در انرژی و کاهش هزینه‌های عملیاتی در سیستم‌هایی مانند خوشه‌های محاسبات با کارایی بالا (HPC) کمک می‌کند. 
• پایداری و دوام: برخلاف حافظه‌های DRAM فرار، حافظه پایدار داده‌ها را در هنگام خرابی‌ها و قطعی برق بدون نیاز به منابع تغذیه ثانویه (مانند باتری) حفظ می‌کند. این امر امکان توسعه ساختارهای داده‌ای را فراهم می‌کند و بدون نگرانی می‌توانید از آن برای حفظ داده‌های ارزشمند خود استفاده کنید.

مزایای استفاده از حافظه پایدار HPE

از مزایای Persistent Memory hpe می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• کاهش پیچیدگی عملیات دیتاسنتر
• ظرفیت بالا و مقرون به‌صرفه‌بودن
• پایداری
• عملکرد بهبود یافته برای برنامه‌های کاربردی با حجم داده بالا
• عملیات ورودی/خروجی تسریع شده
• پهنای باند افزایش یافته
• کاهش تأخیر
• عملیات Checkpoint و راه‌اندازی مجدد سریع‌تر
• مصرف برق کمتر
• انعطاف‌پذیری و یکپارچگی داده‌ها
• تراکم حافظه بهبود یافته

کاربردهای Persistent Memory HPE

این حافظه برای برنامه‌ها و حجم کاری مختلفی طراحی شده است. به ویژه آن‌هایی که بر پایه داده فعالیت می‌کنند. در ادامه به مهم‌ترین کاربردهای حافظه پایدار HPE اشاره می‌کنیم:

• بهبود عملکرد برنامه‌های کاربردی تجزیه و تحلیلی و پایگاه داده
• ارائه پایداری و بهبود عملکرد در محاسبات درون حافظه‌ای
• افزایش تراکم حافظه در محاسبات با کارایی بالا (HPC)
• نگهداری مطمئن‌تر و طولانی‌تر اشیای پایگاه داده در حافظه مجازی پایگاه‌های داده شی‌گرا
• پیاده‌سازی ساده‌تر برنامه‌ها در پایگاه‌های داده شی‌گرا
• تقویت لایه‌های Self-attention در شبکه‌های ترانسفورماتور
• حذف لایه‌های Feed-forward در مدل‌سازی زبان

انواع ماد عملیاتی Persistent Memory hpe

حافظه پایدار HPE دو حالت عملیاتی اصلی دارد که هر کدام برای برآورده کردن نیازهای مختلف طراحی شده‌اند. این دو Mode عبارت‌اند از:

حالت حافظه یا Memory Mode

در Memory Mode حافظه پایدار اچ پی به عنوان RAM سیستم فرار عمل می‌کند و ظرفیت کل حافظه موجود برای سرور را به طور مؤثر افزایش می‌دهد. در این پیکربندی، DRAM به عنوان حافظه پنهان (cache) برای ماژول‌های حافظه پایدار عمل می‌کند. این حالت برای برنامه‌هایی که به حافظه و رم زیادی نیاز دارند؛ اما لزوماً نیازی به پایداری داده‌ها در طول چرخه‌های برق ندارند، مفید است. داده‌های ذخیره شده در حافظه پایدار در این حالت، پایدار نیستند و مانند DRAM، با قطع برق از بین می‌روند. این حالت کاملاً توسط سخت‌افزار مدیریت می‌شود و نیازی به تغییرات در سطح برنامه ندارد.

حالت App Direct

حالت App Direct با فراهم کردن امکان دسترسی مستقیم برنامه‌ها به داده‌های پایدار و مدیریت آنها، پتانسیل کامل حافظه پایدار HPE را آزاد می‌کند. در این حالت، برنامه‌ها می‌توانند با بخش حافظه پایدار به عنوان حافظه غیرفرار رفتار کنند. این امر مستلزم آن است که برنامه‌ها برای استفاده صریح از APIهای حافظه پایدار (مثلاً از کیت توسعه حافظه پایدار - PMDK) مجدداً معماری یا بهینه شوند تا دوام و ثبات داده‌ها تضمین شود. 

حالت App Direct برای برنامه‌هایی مانند پایگاه‌های داده درون حافظه‌ای، تجزیه و تحلیل و محاسبات با کارایی بالا که در آن‌ها پایداری داده‌ها، تأخیر کم و پهنای باند بالا بسیار مهم هستند، ایدئال است. ماد AppDirectNotInterleaved زیرمجموعه ماد AppDirect است که در این پیکربندی خاص ماژول‌های حافظه پایدار در هم ادغام نمی‌شوند.

بررسی تفاوت بین حافظه پایدار HPE و سایر حافظه‌ها

پیش‌تر اشاره کردیم که Persistent Memory تفاوت‌هایی با دیگر مموری‌ها از جمله DRAM و SSD دارد. در جدول زیر می‌توانید این تفاوت‌ها را مشاهده کنید:

HPE Persistent Memory	DRAM (Dynamic Random Access Memory)	SSD (Solid State Drive)	NVDIMM (Non-Volatile Dual In-line Memory Module)	انواع حافظه / ویژگی‌ها
سریع‌تر از SSDها و با تأخیر کم	سرعت بالا، تأخیر بسیار کم	کندتر از حافظه پایدار و DRAM تأخیر بیشتر نسبت به DRAM	تأخیر کم و پهنای باند بالا، عملکردی مشابه DRAM	سرعت
غیرفرار؛ داده‌ها را پس از قطع برق حفظ می‌کند	فرار؛ داده‌ها با قطع برق از بین می‌روند.	غیرفرار. قابلیت حفظ داده‌ها پس از قطع برق	حفظ داده‌ها حتی با قطع برق	پایداری
ظرفیت بالا (مثلاً ۱۲۸ گیگابایت، ۲۵۶ گیگابایت، ۵۱۲ گیگابایت، تا ۶ ترابایت در هر سرور)	ظرفیت نسبتاً کمتر در مقایسه با حافظه پایدار	ظرفیت بالا، مناسب برای ذخیره‌سازی داده‌های بزرگ	متوسط ​​(می‌تواند از ماژول‌های DRAM متراکم‌تر باشد)	ظرفیت
هزینه کمتر به ازای هر بیت و پتانسیل مقیاس‌پذیری بهتر نسبت به DRAM	گران‌تر از حافظه پایدار	برای ذخیره‌سازی در سطح بالا از DRAM به‌صرفه‌تر است. اما همانند حافظه قابلیت آدرس‌دهی بایتی ندارد.	هزینه بالاتری در مقایسه با ماژول‌های استاندارد DRAM	هزینه بر حسب هر بیت
ماژول‌های حافظه پایدار Intel Optane DC، اغلب مبتنی بر فناوری 3D XPoint	حافظه نیمه‌هادی با استفاده از خازن‌ها و ترانزیستورها	‌ Flash memory (NAND)	DRAM را با حافظه فلش NAND و یک منبع تغذیه پشتیبان اختصاصی در یک ماژول واحد ادغام می‌کند.	فناوری/رسانه
آدرس‌دهی بایتی، دسترسی از طریق دستورالعمل‌های بارگذاری/ذخیره	آدرس‌دهی بایتی	آدرس‌دهی بلوکی، معمولاً از طریق ورودی/خروجی بلوکی قابل‌دسترسی است.	آدرس‌دهی بایتی امکان پیکربندی بلوکی هم وجود دارد.	شیوه دسترسی
نوشتن‌ها می‌توانند در مقایسه با DRAM کند و از نظر استقامت محدود باشند، اما برای نوشتن‌های مکرر از فلش بهتر هستند.	استقامت بالا برای نوشتن‌های مکرر	استقامت کمتر برای نوشتن‌های مکرر در مقایسه با DRAM و حافظه پایدار، به دلیل فرسودگی سلول	چرخه نوشتن بالا	استقامت
مصرف برق در حد نصف DRAM	مصرف برق بالاتر از حافظه پایدار برای ظرفیت معادل	به طور کلی مصرف برق کمتر از هارددیسک‌های سنتی، اما بیشتر از حافظه پایدار idle	مصرف متوسط	مصرف برق

ظرفیت حافظه پایدار اچ پی چقدر است؟

این نوع حافظه به ظرفیت بالای خود معروف است. شما می‌توانید Persistent Memory hpe را در ظرفیت‌های مختلف از جمله موارد زیر تهیه کنید:

• ۱۲۸ گیگابایت
• ۲۵۶ گیگابایت
• ۵۱۲ گیگابایت

این ظرفیت‌ها در هر دو حالت Memory Mode و App Direct Mode در دسترس هستند. در پردازنده‌های نسل سوم Intel Xeon Scalable، هر 3 ظرفیت‌ ۱۲۸ گیگابایت، ۲۵۶ گیگابایت و ۵۱۲ گیگابایت پشتیبانی می‌شوند. برای مثال، ماژول ۲۵۶ گیگابایت به عنوان یک ماژول حافظه DCPMM با استفاده از فناوری DDR-T در یک فرم فاکتور DIMM 288 پین قرار دارد. 

به طور کلی حافظه پایدار میتواند یک پیکربندی با ظرفیت بالاتری را نسبت به DRAM ارائه دهد. یعنی تا چهار برابر ظرفیت بزرگترین DRAM موجود. در برخی پیکربندی‌ها نیز میزان ظرفیت Persistent Memory تا ۶ ترابایت حافظه به ازای هر سرور (در سری 200) است.

حافظه پایدار HPE در کدام سرورها موجود است؟

Persistent Memory hpe در سرورهای مختلفی قرار داده شده است. از جمله:

• سرورهای HPE ProLiant Gen10:

DL360

DL380

DL560

DL580

• سرورهای HPE Synergy Gen10:

SY480

SY660

• سرورهای HPE Apollo Gen10:

Apollo 2000 Gen10: XL170r و XL190r

Apollo 4200 Gen10

Apollo 4510 Gen10

• سرورهای HPE ProLiant Gen10 Plus:

DL360 Gen10 Plus

‌ DL380 Gen10 Plus

• سرور ‌ Apollo 2000 Gen10 Plus

سخن نهایی

در این مقاله به معرفی Persistent Memory HPE پرداختیم و کاربردها، مزایا و تفاوت‌های آن با دیگر انواع مموری را توضیح دادیم. اگر به دنبال، سرعت، امنیت، ظرفیت و قابلیت اطمینان بالا هستید، پیشنهاد می‌کنیم، این مموری‌ها را برای سرور خود تهیه کنید. البته حافظه پایدار در برخی از مدل‌های سرور اچ پی تعبیه شده است.