Warum persistentes Memory wie Optane an Bedeutung gewinnt

Im Jahr 2020 zeigt sich, dass persistentes Memory wie Optane immer beliebter wird, insbesondere für Workloads wie SAP HANA, Virtualisierung und High Performance Computing.

Die Verwendung von persistentem Memory wie Optane gewinnt an Bedeutung – wenn auch nicht an allen Stellen, an denen Intel Einsatzgebiete für diese Technologie ursprünglich anvisiert hatte.

So erwartete Intel beispielsweise, dass Anbieter von Cloud-Diensten ihren persistenten Optane-Speicher (PMem) für IaaS-Zwecke nutzen würden. Stattdessen setzen die Anbieter – laut eigenen Herstellerangaben – die Technologie häufiger intern ein, um Echtzeit-Videos oder Einkaufsempfehlungen zu ermöglichen. Vielmehr zeigt sich nach einem Jahr der Produktverfügbarkeit, dass sich Optane eben nicht für alle Workloads eignet.

Intel begann mit der Auslieferung von Optane PMem DIMMs im Jahr 2019 – damals Optane DC persistenter Speicher genannt – etwa zwei Jahre nach der Bereitstellung von Optane-SSDs. Die Optane-Speicherprodukte verwenden die 3D-XPoint-Technologie, die Intel zusammen mit Micron Technology entwickelt hat, um die Leistungslücke zwischen DRAM und NAND-Flash zu schließen. Die Technologie zählt zur Kategorie des Storage Class Memory.

Populäre Workloads für Optane-Memory

Die Arbeitslasten, für die Intel die größte Anzahl von Optane PMem Proof-of-Concept (PoCs) und Produktionsimplementierungen gesehen hat, sind Intel SAP HANA (23 Prozent), virtualisierte Infrastruktur (22 Prozent), High-Performance Computing (18 Prozent) und KI und Analytik (13 Prozent). Zusätzlich zu den klassischen Supercomputing-Arbeitslasten zählt der Hersteller zum High-Performance Computing (HPC) Anwendungen wie Visualisierung, Animation, Simulation und Finanzdienstleistungen, zum Beispiel die Erkennung von Kreditkartenbetrug und Echtzeit-Handel.

Die verbleibenden 24 Prozent der Optane PMem-Workloads umfassen Datenbankanwendungen. Ein prominentes Beispiel ist die Oracle Exadata X8M-Appliance, die entwickelt wurde, um die Leistung der Datenbanken des Unternehmens zu beschleunigen. Oracle musste die Exadata-Software so anpassen, dass Optane PMem im app-direct-Modus genutzt werden kann, um Daten zu speichern.

Abbildung 1: Neben Optane-SSDs bietet Intel auch Optane Persistent Memory Module (PMem), die mehr Kapazität als DRAM zu einem besseren Preis bieten.
Abbildung 1: Neben Optane-SSDs bietet Intel auch Optane Persistent Memory Module (PMem), die mehr Kapazität als DRAM zu einem besseren Preis bieten.

Optane PMem bietet zwei Betriebsmodi: app-direct und Memory. Im app-direct-Modus adressieren die Anwendungen Optane als nichtflüchtiges, persistentes Memory, um Daten permanent abzulegen. In diesem Modus kann Optane auch als DRAM und somit volatiler Arbeitsspeicher für heiße Daten angesprochen werden.

Im Memory-Modus werden den Anwendungen DRAM und Optane PMem als ein Pool an volatilem Memory dargestellt, wobei DRAM als Cache für die meist abgerufenen Daten dient und Optane selbst das Memory kapazitiv erweitert. Der Memory-Modus eignet sich somit für hohe Kapazitäten, bringt aber nicht alle Vorteile der Technologie, wie beispielsweise die Persistenz und die intelligente Datenplatzierung.

Intel zeigt sich zuversichtlich, dass deswegen der app-direct-Modus der beleibtere Modus für das Produkt sein wird, allerdings wird es noch dauern, bis sich diese Technologie und der Umstieg darauf durchsetzt. Nicht zuletzt auch aus dem Grund, dass eine andere Programmierung für diesen Speicher umgesetzt werden muss.

Steigende Zahl an PoC-Anfragen für Optane

Intel hat nach eigenen Angaben im Jahr 2020 582 PoCs (Stand Ende Oktober 2020) in der Optane PMem-Pipeline, verglichen mit 308 PoCs zur gleichen Zeit im letzten Jahr. Das Unternehmen schätzt, dass 60 Prozent der Anwender Optane PMem im Memory-Modus verwenden und 40 Prozent ihre Systeme modifizieren, um im app-direct-Modus zu operieren.

Intels Bemühungen, die für den Einsatz des Optane PMem app-direct-Modus erforderliche Optimierungsarbeit voranzutreiben, umfassen Partnerschaften für SAP HANA und Internet Service Provider.

MemVerge steht als Beispiel für ein Startup-Unternehmen, das ohne Unterstützung von Intel ein Geschäftsmodell um persistentes Memory herum aufgebaut hat. Die bereits veröffentlichte Software Memory Machine von MemVerge virtualisiert DRAM und persistentes Memory in einem einzigen Pool und bietet Datendienste wie Replikation, Snapshots und Storage Tiering. Das Produkt ermöglicht es Kunden, Optane PMem im app-direct-Modus zu verwenden, ohne ihre Anwendungen zu ändern.

Einige frühe Optane-Speicheranwender beginnen beim Testen oft im Memory-Modus und erwägen dann potenzielle zusätzliche Arbeitslasten, bei denen das Optane PMem gut geeignet sein könnte. Das in München ansässige Gportal beispielsweise testete Optane im Memory-Modus auf Servern, die es als Host für Online-Videospiele vermietet. Gportal musste seine Server mit teurem DRAM bestücken, um die Leistung zu erbringen, die CPU- und speicherintensive Spiele wie Minecraft erfordern.

Abbildung 2: Optane-Module lassen sich in zwei Modi betreiben, die unterschiedliche Leistungsmerkmale bieten.
Abbildung 2: Optane-Module lassen sich in zwei Modi betreiben, die unterschiedliche Leistungsmerkmale bieten.

Mit Optane-DIMMs konnte Gportal die Memory-Kapazität auf ein Terabyte verdoppeln, und zwar zu ungefähr dem gleichen Preis, den das Unternehmen für 512 GB DRAM bezahlte, ohne erkennbare Leistungsunterschiede für seine anspruchsvollen Spielekunden. Der Testfall lief so gut, dass die Firma nun erwägt, Optane PMem im app-direct-Modus einzusetzen, um die MariaDB-Datenbankserver von Gportal zu beschleunigen, sobald ein stabiler Treiber verfügbar ist.

Optane-Einnahmen noch nicht auf hohem Niveau

Intel schätzt, dass 85 Prozent der Organisationen, die Optane PMem testen, zu tatsächlichen Einsätzen übergehen, aber es ist schwierig, eine genaue Aussage darüber zu treffen, wie viele Early Adopters die Speichertechnologie in der Produktion einsetzen. Intel detailliert seinen Umsatz mit Optane-Speichern nicht, weil dieser sich über mehr als einen Geschäftsbereich erstreckt, da die Technologie für den Einsatz bei Kunden, im Rechenzentrum und am Edge verfügbar ist.

Intel gab im Oktober 2020 einen Einblick in einen Teil des Umsatzes für seine Optane-SSDs. Das NAND-Geschäft machte 2,8 Milliarden Dollar des Umsatzes von Intels Non-Volatile Memory Solutions Group (NSG) für die sechs Monate bis zum 27. Juni 2020 aus, und die restlichen 200 Millionen Dollar entfielen auf Optane. Aber der Optane-Umsatz wird auch in Intels Rechenzentrumsgruppe erfasst, und Intel lehnt es ab, den Betrag anzugeben. Intels PMem-Umsatz wird nicht in der NSG-Geschäftseinheit ausgewiesen.

Der Markt für Optane-Memory ist derzeit noch eher noch klein. Es steht zu erwarten, dass der Umsatz für Storage Class Memory, zu denen vor allem der persistente Optane-Speicher und SSDs gehören, im Jahr 2020 etwa 200 Millionen US-Dollar übersteigen wird und dass die Auslieferungen im Vergleich zu 2019 um mehr als 100 Prozent steigen werden.

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