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为了数据中心的未来,存算这对CP竟然又离了

来源:大数据在线 作者:未知 更新时间:2022/12/6 9:19:19

摘要:在数据中心多年的发展历程中,计算与存储也经历了多次分分合合。从大型机的计算与存储紧耦合,到小型机经典的IOE存算分离架构,再到随云兴起的超融合让存算再次融合,计算与存储宛如一对多年的CP,时而亲密无间,时而又若即若离。

古语有云:天下大势分久必合、合久必分。

同样,在数据中心多年的发展历程中,计算与存储也经历了多次分分合合。从大型机的计算与存储紧耦合,到小型机经典的IOE存算分离架构,再到随云兴起的超融合让存算再次融合,计算与存储宛如一对多年的CP,时而亲密无间,时而又若即若离。

计算与存储之所以会出现多次分与合,是因为需求的变化推动着架构层做出相应改变,而计算与存储相辅相成、协同发展的关系始终未变。如今,随着云与互联网业务场景的大量涌现,新型存算分离架构开始兴起,计算与存储再次加速走向分离。

为何存算分离架构会成为数据中心未来十年最大的趋势?新型存算分离架构与过往有何不同?新型存算分离架构的关键技术和挑战又有哪些?近日,CCF会士、信息存储专委会主任、清华大学教授、厦门大学信息学院院长舒继武教授的一篇论文《新型存算分离架构技术展望》引发业界广泛共鸣,让我们从中一探究竟。

场景变化推动存算再次分离

舒继武教授在论文中指出,云、互联网、大数据、AI等推动新业务场景的高速发展,给基于服务器部署存储的融合架构带来极大挑战,主要包括:其一、数据保存周期与服务器更新周期不匹配;其二、性能可靠性与资源利用率难以兼得;其三、无服务器(Serverless)应用等新型分布式应用有共享存储的诉求;其四、数据中心税导致数据密集型应用效率低下。

如何理解舒继武教授提出的四大挑战?我们先从业务形态变化与资源需求响应的角度来解读。

众所周知,随着数字化转型的深入,很多行业用户存在着大量云与互联网业务场景,业务形态逐渐变化,业务的动态性增强,使得对基础设施资源的灵活性和利用率要求大幅提升。此时,基于服务器部署存储的融合架构其缺点得到持续放大。

例如,计算与存储更新周期不匹配,使得扩展时资源得不到充分利用,还增加了数据迁移等工作;支撑业务的服务器存储无论是性能型还是容量型,均无法同时实现高性能、高可靠性与高资源利用率等。

另一方面,以无服务器(serverless)应用为代表的新型分布式应用的兴起,就像一股催化剂,加速了业务数据共享访问的需求,使得存算分离架构获得更多用户关注。

例如,分布式数据库等应用纷纷转向容器化部署与应用,存算融合的架构在CPU、内存、存储容量/IOPS/带宽,网络IO/带宽等7个维度均很难满足新型分布式应用的需求。业界一些云数据库公司甚至开始推动存算进一步分离,将计算节点处理的缓存层和日志功能下推到共享存储上,以此实现更高的性能和资源利用率。

正所谓旧的不去新的不来。在业务场景、硬件技术快速发展等多重因素驱动下,新型存算分离架构正在迅速兴起,成为近年来基础设施领域最大的热点。那么,这个“新人”是否堪担大任?

新型存算分离架构“新”在哪

舒继武教授在论文中指出,高性能盘框、NVMe/CXL新协议、专用数据处理器(如:DPU)、RDMA/NoF新型网络技术等硬件的快速发展,为新型存算分离架构奠定了基础。与传统存算分离架构相比,新型存算分离架构具有更多新特征:Diskless的服务器、多样化的网络协议、专用化的数据处理器和极高存力密度的存储系统。
那么,新旧架构对比,区别到底在哪里?

首先是架构处理逻辑的根本性变化。新型存算分离架构的兴起,标志着以通用CPU为核心的处理逻辑加速向以数据为中心的处理逻辑转变。这也意味着,服务器等计算设备将逐步走向Diskless,聚焦计算任务;而专用数据处理器、存储系统将承担更加重要的任务,价值与作用将会更加突出。

例如,当下大量DPU产品的涌现就是最好证明,DPU将数据存储、访问等大量操作卸载到专用数据处理器上,释放服务器的算力,从整体上提升架构的能效比。

而取代服务器本地盘则是面向Diskless架构的存储系统,近年来西部数据的OpenFlex、Vast Data Ceres高性能盘框、华为的OceanStor Micro微存储均是新型存算分离架构下的存储系统代表。

其次,新型存算分离架构在架构上彻底走向解耦,而不仅仅局限于CPU和外存的解耦,这将彻底打破各类存算硬件资源的边界,组建彼此独立的各种硬件资源池,实现各类硬件的独立扩展与灵活应用。

这种彻底解耦就像搭建乐高积木一样,每个组件彼此高度独立,又能够灵活组合,可以针对云、互联网、AI等业务弹性强、变化多等特点,进行灵活组合和及时响应。

处理分工走向更细颗粒度,每个组件各司其职,如同专业人做专业事情,将每个组件的能力发挥到极致。
当然,解耦之后,各个硬件组件彻底走向独立和灵活组合,也意味着组件之间的协作是新型存算分离架构必然需要面对的。对此,舒继武教授在论文中指出,场景化数据缩减、高通量超融合网络、网存协同、盘芯协同等关键技术对于新型存算分离架构发展至关重要。

未来存算分离看什么

如今,像DPU、智能盘框、 CXL/NoF等网络均获得了高速发展,推动着新型存算分离架构加速走向落地。舒继武教授在论文中认为,面向云和互联网场景的新型存算分离架构顺应了未来数据中心可组合式架构(composable infrastructure)趋势,但也面临着技术、生态等方面的挑战。

具体来看,舒继武教授认为计算与存储之间的数据访问接口及标准主要采用块存储语义为主,面对今后异构算力的快速发展,内存访问语义、计算协同语义等表现出能力不足,还需要产业界共同探索与解决。

另外,新型存算分离架构虽然提供了比以往更出色的基础设施能力,但如何发挥出潜能还需要看应用服务。就像一辆汽车中,新型存算分离架构恰如出色的发动机和底盘,应用服务框架则是变速箱,如果变速箱不能做出与时俱进,则这辆汽车很难发挥出发动机的优势。舒继武教授指出,设计更高效的应用服务框架,与上层应用实现完美协同,是一个长期过程,需要生态伙伴们共同努力。

虽然有着技术与生态方面的挑战,但新型存算分离架构已然势不可挡。未来十年,随着中国数字经济的蓬勃发展,数据要素成为最重要的生产要素,以一体化大数据中心、智算中心为代表的新基建将持续获得持续建设,在算力高速增长的大趋势下,新型存算分离以灵活架构、精细化资源利用率和绿色低碳能耗比等优势,有望在云服务商、电信运营商、金融等多个行业获得广泛应用。

责任编辑:Cherry

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