HGST und Mellanox wollen Lücke zwischen Haupt- und Massenspeicher schließen

HGST und Mellanox wollen ihre PCM-basierte Massenspeicher-Fabric weiter ausbauen, um eine echte Alternative zu DRAM für In-Memory-Projekte zu bieten.

Zum Flash Memory Summit 2015 stellten HGST und Mellanox ihr gemeinsames Projekt einer Massenspeicher-Fabric vor. Diese basiert auf der noch relativ neuen Technologie Phase Change Memory (PCM), die bis zu drei Millionen IOPS leisten kann. Die Lösung verfügt über eine RDMA-fähige In-Memory Computing Cluster-Architektur, die DRAM-ähnliche Leistung bei niedrigeren Gesamtbetriebskosten und zugleich besserer Skalierbarkeit bieten soll.

Zwar bringen Hauptspeicher große Vorteile, sind aber nur teuer zu skalieren, was an der Speicherflüchtigkeit liegt. DRAM speichert Daten in verlustbehafteten Kondensatoren und muss deshalb mehrmals pro Sekunde neu geschrieben werden, damit keine Daten verloren gehen. Der für diese Aktualisierung notwendige Energiebedarf kann sich in Höhe von 20-30 Prozent des gesamten Energieverbrauchs eines Servers bewegen.

Nichtflüchtige Speichertechnologien wie PCM, die sich derzeit in Entwicklung befinden, kommen ohne diese Energie zur Aktualisierung aus und ermöglichen so eine sehr viel bessere Hauptspeicherskalierbarkeit als DRAM.

Die Massenspeicher-Fabric-Technologie beider Firmen erfordert weder eine Modifikation des BIOS noch ein Umschreiben von Anwendungen. Das Mapping von externem PCM-Speicher mithilfe des Remote Direct Memory Access- Protokolls (RDMA) über Netzwerkinfrastrukturen wie Ethernet oder InfiniBand kann beim In-Memory Computing nahtlos in großem Maßstab eingesetzt werden. Mit diesem netzwerkbasierten Ansatz können Anwendungen den nichtflüchtigen PCM-Speicher über mehrere Computer verteilt nutzen und bei Bedarf skalieren.

Die Latenzen liegen laut Herstellerangaben bei weniger als zwei Mikrosekunden beim 512 Byte-Lesezugriff und Datendurchsätzen von über 3,5 GByte/s bei 2 KByte-Blockgrößen und über InfiniBand genutztem RDMA.

Andere Alternativen sind aus Sicht von HGST noch zu langsam und verfügen nicht über die nötige Speicherdichte. Deswegen setzt das Unternehmen auf den phasenwechselnden Speicher, da nicht nur ein vergleichbares Leistungsspektrum erreicht wird, sondern weil sie eine neue Preis- und Kapazitätskategorie darstellen, welche die Lücke zwischen Hauptspeicher und Massenspeicher schließen könnte.

Mellanox betont dazu, dass es für einen echten Durchbruch des wirtschaftlichen In-Memory Computing-Ökosystems einer Kombination von transparent zusammenarbeitenden Netzwerk- und Speichergeräten bedarf, durch welche Latenzen minimiert und die Skalierbarkeit maximiert werden. In Zukunft will der Hersteller PCM-Zugriff sowohl über InfiniBand als auch RDMA über Converged Ethernet (RoCE) unterstützen, damit gesteigerte Skalierbarkeit und niedrigere Kosten für In-Memory Computing-Anwendungen erreicht werden können.

Die größte Herausforderung ist es laut HGST, die extrem niedrigen Latenzen von PCM über das Netzwerk voll ausnutzen zu wollen, da dazu scheinbar komplett neue Prozessor- und Netzwerkarchitekturen sowie das Umschreiben von Anwendungen nötig sind. Für den Anbieter ist es ein großer Durchbruch, PCI-Express Peer-to-Peer-Technologie zum Bau dieses Speicher-Fabric mit niedriger Latenz auf Basis von gewöhnlicher Serverhardware einsetzen zu können.

Neben diesen beiden Firmen ist zudem IBM mit der Entwicklung von PCM-basierten Lösungen beschäftigt. Bereits im nächsten Jahr soll mit Enterprise-Lösungen zu rechnen sein.

 

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