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背景与问题
印度发展先进计算中心(C-DAC)指出,I/O 是 HPC(高性能计算)领域的性能瓶颈,未来 HPC 计算机上的计算与 I/O 容量差异将加剧,需要新的存储架构和技术来满足需求。
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持久内存与存储技术
持久内存(PMEM)作为第三层级存储,兼具内存和存储特性,支持按字节地址直接访问数据,且数据在电源循环中保留。其优势在于通过将存储更接近计算,解决计算和存储局部性问题,提高性能。
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持久内存市场与主要厂商
市场上投资持久内存的主要公司包括英特尔、美光、三星、西部数据等。英特尔 Optane 持久内存基于 3D XPoint 技术,提供 Volatile(易失性)和 Persistent(持久性)两种操作模式。
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基于持久内存的存储节点
存储节点采用英特尔至强 CPU 和持久内存(如 Optane PMEM),通过 6 个 DDR 通道(每个通道两个 DIMM 插槽)实现计算与存储的紧密结合。持久模式通过非易失性访问减少 I/O 瓶颈,易失性模式适用于未修改应用程序。
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操作系统支持与 DAOS 技术
支持 Optane 持久内存的操作系统包括 CentOS、RHEL、SLES、Ubuntu、VMware ESXi 及 Windows Server 等。DAOS(分布式异步对象存储)利用 Optane PMEM 和 NVMe SSD,通过字节可寻址特性避免块瓶颈,实现高带宽和 IOPs。
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性能提升与硬件配置
存储节点通过 Optane PMEM 和 NVMe SSD(E1.S、E1.L、AIC、U.2、M.2)实现性能飞跃,将存储 I/O 从毫秒级提升至微秒级。SCM(存储类内存)与 SSD 比率建议为 6%,以支持元数据存储和区块友好型大 I/O 操作。
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结论
基于持久内存的存储节点通过 Optane PMEM 和 NVMe SSD,显著缓解 HPC 环境中的 I/O 瓶颈,提升存储性能,支持多种主流操作系统,为未来高性能计算提供关键技术方案。