Intel在2017年发布了一种新型的非易失性固态存储技术——3D XPoint，Intel宣称3D Xpoint的速度比NAND Flash快1000倍以上，寿命也比其长1000倍，相比DRAM，其存储密度有8到10倍的改善，并且具有更低的价格。Intel认为3D Xpoint可能成为1989年NAND Flash诞生以来的最大突破。
在过去二十多年中，存储系统飞速发展，在存储系统性能方面，代表计算能力的CPU性能提升了近580倍，I/O通道性能提升了近1000倍，但是存储系统介质仅仅提升了20倍，硬盘因此而成为存储系统中最大的性能瓶颈，3D Xpoint的出现无疑相当振奋人心。
华为发挥自身在存储研究上的技术优势，在全闪存阵列OceanStor Dorado的基础上引入以3D Xpoint介质的ColdStream盘，进一步提升Dorado容量与性能，降低在同等性能下的成本。
单盘容量剧增造成系统性能下降，新技术应运而生
从SSD介质发展趋势看，单盘容量在不断变大，目前已经出现32TB的容量选择，64TB、128TB相信在近两年也会迅速问世，因此存储阵列也需相应增大容量规格，而容量增大后，产生的元数据便无法全缓存在内存中，会造成系统性能的明显下降。因此从长远发展的角度来看，需要寻找一种更好的方式来解决这个问题，而ColdStream的出现带来了新的契机。
随着新介质3D Xpoint的出现，性能介于DRAM和SSD的ColdStream成为下一个热点，各存储厂商都在积极推出基于ColdStream的应用。华为作为主要存储厂商之一，也在积极研究ColdStream的应用，在全闪存阵列OceanStor Dorado上引入ColdStream，并通过设计高效的数据结构和算法，对Dorado在性能和成本上进行完善和优化，使产品更具竞争力，为企业提供更好的产品服务，巩固闪存产品竞争力在存储市场的领先地位。
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ColdStream：让OceanStor Dorado系统时延下降到0.25ms
3D XPoint作为第一款大规模应用的SCM介质，相比DRAM，3D Xpoint的优势主要是非易失、低功耗、高密度，相比NAND它的优势是快读写、寿命长。因此，3D XPoint的引入必将影响新一代的存储架构。
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存储介质性能对比图
目前，各大厂商对于3D XPoint的应用都处于探索阶段，现阶段我们主要研究如何将ColdStream与OceanStor Dorado结合，充分发挥新型介质的优势，帮助产品提升大容量下的性能，降低在同等容量及性能下的成本。目前针对它主要有两个应用场景：
第一， 在Dorado中使用Coldstream做元数据读缓存，对元数据访问进行加速，提升大容量下产品的性能；
第二， 在Dorado中使用Coldstream做数据读缓存，降低在热点场景下的读时延。
高效索引机制
随着SSD单盘的容量在不断变大，元数据的量也在不断增大。当元数据增加到一定程度时，DRAM已无法全缓存，采用ColdStream作为扩展缓存，将元数据缓存在ColdStream上，并且配合相应的算法，可以加速大容量下元数据访问性能，从而提升阵列在大容量下的整体性能。通过对hash、radix tree、B+树等各种索引数据结构和算法充分比较，选取对ColdStream上的存储内容高效的索引数据结构和算法，使其既能快速访问索引和ColdStream上内容，同时占用的CPU和内存资源又少。
热点识别与精准淘汰
在实际应用中，大部分的应用都存在热点数据。在数据cache的设计中，使用了高效的热点识别算法对数据进行识别，同时设置了多级热度管理的机制，频繁访问的热数据缓存在内存中，次热数据缓存在ColdStream盘中，使得热数据直接从内存或ColdStream访问，减少SSD读取数据的操作，从而降低时延，最大限度的提高热点数据的访问速度。系统还设计了精准的淘汰算法，将盘中的冷数据及时进行淘汰，释放存储空间，还精细地设计了顺序流识别算法，对数据进行预取，从而降低读延时。
低时延是关键竞争力
500μs稳定时延是AFA市场PK的核心指标，使用ColdStream作为数据读缓存，通过使用有效的热点识别、顺序流识别和精准冷数据淘汰算法，可识别95%以上的热数据。将这些热数据进行缓存之后，相比无读缓存，在热点场景下（OLTP）的平均读时延会降低50%，从500μs降低到250μs。
未来展望
华为OceanStor Dorado是面向企业关键业务打造的全闪存阵列，满足数据库、虚拟化等企业级应用对高性能、高可靠、高效率存储的需求，增加ColdStream之后，在同等成本下，OceanStor Dorado在大容量下的性能更优，时延更低，产品更具竞争力，使之成为企业核心应用的非常好的选择。目前该技术已经在华为实验室中得到全流程的验证，商业产品将在明年正式问世。
