In Zusammenarbeit mit Mellanox Technologies zeigt HGST auf dem Flash Memory Summit 2015 ein neues Massenspeicher-Fabric. Dabei handelt es sich um eine PCM-basierte, RDMA-fähige In-Memory-Computing-Cluster-Architektur, die eine DRAM-ähnliche Leistung bei niedrigeren Gesamtbetriebskosten und zugleich besserer Skalierbarkeit bieten soll. Die DRAM-Alternative baut dabei auf den »Phase Change Memory« (PCM), mit drei Millionen IOPS, den HGST letztes Jahr demonstrierte.

Unternehmen können mit In-Memory-Computing Echtzeit-Analysen durchführen. Dadurch sollen sie durch eine bessere Leistung bzw. Skalierbarkeit schneller wirtschaftliche Vorteile erreichen, als das mit Legacy-Architekturen möglich wäre. Marktforscher wie Gartner sehen hier einen der kommenden Trends. Bis Ende 2018 sollen die Umsätze für Software alleine in diesem Marktsegment neun Milliarden US-Dollar erreichen.

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Problem: DRAMs sind flüchtig

Das Problem mit bisherigen DRAM-basierten Ansätze ist, dass sich diese nur teuer skalieren lassen. Der Speicher ist flüchtig. Das heißt, DRAM speichert Daten in verlustbehafteten Kondensatoren und muss deshalb mehrmals pro Sekunde neu geschrieben werden, damit keine Daten verloren gehen. Ein Server stellt dafür rund 20 bis 30 Prozent seines gesamten Energieverbrauchs ab. Nichtflüchtige Speichertechnologien wie PCM sollen ohne diese Energie zur Aktualisierung auskommen.

Laut HGST erfordert die neue Massenspeicher-Fabric-Technologie keine Modifikation des BIOS und auch kein Umschreiben von Anwendungen. Das Mapping von externem PCM-Speicher mithilfe des RDMA-Protokolls (Remote Direct Memory Access) über Netzwerkinfrastrukturen wie Ethernet oder Infiniband soll beim In-Memory Computing nahtlos in großem Maßstab eingesetzt werden können. Dieser netzwerkbasierte Ansatz erlaubt es Anwendungen, den nichtflüchtigen PCM-Speicher über mehrere Computer verteilt zu nutzen und bei Bedarf zu skalieren.

HGST/Mellanox verspricht Latenzzeiten von weniger als zwei Mikrosekunden beim 512-B-Lesezugriff und Datendurchsätzen von über 3,5 Gbit/s bei 2-KByte-Blockgrößen und über Infiniband genutztem RDMA.

Persistent Memory Fabric: energiesparend und skalierbar

»DRAM ist teuer und verbraucht viel Energie, doch die heutigen Alternativen verfügen nicht über die nötige Dichte und sind zu langsam, um einen brauchbaren Ersatz darzustellen«, sagt Steve Campbell, Technikvorstand bei HGST. »Letztes Jahr hat unsere Forschung jedoch phasenwechselnde Speicher als eine brauchbare Alternative zu DRAM identifiziert; diese weisen nicht nur ein vergleichbares Leistungsspektrum auf, sondern sind eine neue Preis-und Kapazitätskategorie, welche die Lücke zwischen Hauptspeicher und Massenspeicher schließt.« Um dieses Leistungslevel jedoch im ganzen Rechenzentrum zu skalieren, seien weitere Innovationen nötig. Die Zusammenarbeit mit Mellanox beweise, dass das Memory-Mapping von nichtflüchtigem Hauptspeicher über ein Netzwerk bei Latenzzeiten, die In-Memory Computing-Anwendungen genügen, möglich sind.

»Für einen echten Durchbruch des wirtschaftlichen In-Memory Computing-Ökosystems wird es einer Kombination von transparent zusammenarbeitenden Netzwerk-und Speichergeräten bedürfen, durch welche Latenzen minimiert und die Skalierbarkeit maximiert werden«, meint Kevin Deierling, Vice President für Marketing bei Mellanox Technologies. »Bei der Vorführung waren wir im Stande, RDMA über Infiniband zur Realisierung einer rekordverdächtigen maximalen Übertragungslatenz von unter zwei Mikrosekunden einzusetzen. In Zukunft wollen wir 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.«

»Es ist eine große technische Herausforderung, 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«, ergänzt Dr. Zvonimir Bandic, Manager von Storage Architecture innerhalb der HGST Forschungsabteilung. »Unser großer Durchbruch stellte sich ein, als wir PCI-Express-Peer-to-Peer-Technologie zum Bau dieses Speicher-Fabric mit niedriger Latenz auf Basis von gewöhnlicher Server-Hardware einsetzten, wobei wir uns von Supercomputern auf der Grundlage von Commodity-GPUs inspirieren ließen.«

Vorgeführt wird das »Persistent Memory Fabric« am HGST-Stand #645-647 auf dem Flash Memory Summit 2015 im Santa Clara Convention Center, Santa Clara, Kalifornien, vom 11. bis 13. August 2015.