制造業(yè)之所以會(huì)成為大數(shù)據(jù)和AI應(yīng)用落地的沃土，是因?yàn)槠湓诂F(xiàn)代化、自動(dòng)化和數(shù)字化后，每一個(gè)生產(chǎn)流程中都會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)正是這兩類應(yīng)用發(fā)展和落地的重要燃料。

然而，事情都有兩面性——隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模、效率等不斷提升，制造業(yè)中負(fù)責(zé)采集、分析數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)設(shè)施性能正因存儲(chǔ)子系統(tǒng)（包含內(nèi)存與存儲(chǔ)設(shè)備）的能力有限，難以應(yīng)需而漲，導(dǎo)致“數(shù)據(jù)墻”、“存儲(chǔ)墻”或“內(nèi)存墻”，進(jìn)而制約智能化生產(chǎn)的現(xiàn)象時(shí)有出現(xiàn)。

這些種奇特的墻，或者說(shuō)系統(tǒng)瓶頸，簡(jiǎn)單講就是存儲(chǔ)系統(tǒng)的技術(shù)更新和發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于蓬勃發(fā)展的算力所導(dǎo)致的兩者性能不平衡問(wèn)題，它們會(huì)讓IT系統(tǒng)在面對(duì)海量參數(shù)與高維模型時(shí)明顯地“心有余而力不足”，而這也是大部分企業(yè)在大數(shù)據(jù)和AI應(yīng)用實(shí)踐過(guò)程中難以避免的問(wèn)題。

例如，中國(guó)知名的新能源研發(fā)和制造企業(yè)寧德時(shí)代，就在不斷提高智能制造水平的過(guò)程中，遭遇了“存儲(chǔ)墻”挑戰(zhàn)，最終它導(dǎo)入了英特爾創(chuàng)新的傲騰? 持久內(nèi)存，才得以消除這一遲滯數(shù)字化生產(chǎn)的瓶頸。

當(dāng)“存儲(chǔ)墻”成為增產(chǎn)提效的瓶頸

寧德時(shí)代是全球新能源科技行業(yè)和智能制造領(lǐng)域的標(biāo)桿企業(yè)，其新能源+智能制造的雙料模范之稱背后，有強(qiáng)大的信息化系統(tǒng)給予有力支持。其中，基于 SAP HANA 高性能內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)的制造執(zhí)行系統(tǒng) (Manufacturing Execution System，以下簡(jiǎn)稱 MES) 承擔(dān)起了實(shí)時(shí)產(chǎn)線數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)質(zhì)量管理等關(guān)鍵職責(zé)。

隨著市場(chǎng)需求持續(xù)擴(kuò)大，寧德時(shí)代也把持續(xù)擴(kuò)充產(chǎn)能列為最重要的任務(wù)，甚至遇到過(guò)需要在短時(shí)期內(nèi)將產(chǎn)能提升50%的狀況，這在外行看來(lái)只需要添購(gòu)設(shè)備和補(bǔ)充人力即可，但當(dāng)事兒執(zhí)行起來(lái)可遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有這么簡(jiǎn)單，不說(shuō)別的環(huán)節(jié)，僅從支持生產(chǎn)的IT平臺(tái)，如MES角度來(lái)看，這會(huì)讓產(chǎn)線對(duì)數(shù)據(jù)處理的高性能、低時(shí)延等需求更加迫切。測(cè)算顯示，要完成這個(gè)目標(biāo)，該系統(tǒng)完成包括產(chǎn)線流向判斷、產(chǎn)品質(zhì)量判別等所有操作的時(shí)間必須要控制在 3 秒之內(nèi)，而留給后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作時(shí)間只有短短100 毫秒。

這種任務(wù)重、時(shí)間緊的挑戰(zhàn)，讓MES一頭撞上了“存儲(chǔ)墻”——寧德時(shí)代MES采用的SAP HANA內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)是基于全DRAM內(nèi)存構(gòu)建，而磁盤(pán)數(shù)據(jù)庫(kù)通常部署于時(shí)延較高的NVMe、SAS高速固態(tài)盤(pán)上。其中的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)要想提升性能，就需要提升轉(zhuǎn)換操作的效率，這是因?yàn)樗饕且粤惺酱鎯?chǔ)方式來(lái)存放數(shù)據(jù)，在MES執(zhí)行OLTP分析時(shí)，就要經(jīng)常與磁盤(pán)數(shù)據(jù)庫(kù)間執(zhí)行各類交互操作來(lái)完成行-列轉(zhuǎn)換、日志數(shù)據(jù)同步等工作。而執(zhí)行這些操作時(shí)，內(nèi)存和磁盤(pán)數(shù)據(jù)庫(kù)都必須保持“HOLD”狀態(tài)來(lái)暫停工作。

這也就意味著，涉及“臨時(shí)數(shù)據(jù)落盤(pán)”的操作用時(shí)越短，對(duì)系統(tǒng)時(shí)延的影響就越小，對(duì)性能提升也越有意義。

你以為寧德時(shí)代MES面臨的難題就是這些了么？除時(shí)延問(wèn)題外，可靠性也是它無(wú)法回避的重要指標(biāo)——其數(shù)據(jù)庫(kù)每日會(huì)新增條目10 億多條，計(jì)算量超過(guò)百億條。為了避免因斷電等突發(fā)事件帶來(lái)的數(shù)據(jù)丟失，它還要每五分鐘用Save Point功能將內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)中的全量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到磁盤(pán)數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)也要把產(chǎn)線的海量日志實(shí)時(shí)存儲(chǔ)到磁盤(pán)數(shù)據(jù)庫(kù)中，以滿足生產(chǎn)中的嚴(yán)格規(guī)范及系統(tǒng)恢復(fù)的需要。

上述所有這些操作對(duì)寧德時(shí)代的MES來(lái)說(shuō)都有較高的優(yōu)先級(jí)且需要保證強(qiáng)一致性，而要回避這些操作之間的互斥性，最好的辦法只有加快落盤(pán)的速度。

縮短落盤(pán)時(shí)間對(duì)MES系統(tǒng)整體性能至關(guān)重要

加速落盤(pán)的速度，就意味著寧德時(shí)代要解決內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)與磁盤(pán)數(shù)據(jù)庫(kù)間的性能差距問(wèn)題，換言之，就是要讓后者的性能可以更接近前者。可現(xiàn)實(shí)是：后者與前者僅時(shí)延就有千倍之多！

如此高大厚重的“墻”，可是沒(méi)那么容易就能突破或翻越的，除非……能有一種全新的存儲(chǔ)產(chǎn)品，能兼?zhèn)鋬?nèi)存和存儲(chǔ)的優(yōu)勢(shì)，即同時(shí)擁有接近DRAM的性能和類似固態(tài)盤(pán)的大容量。

創(chuàng)新介質(zhì)+產(chǎn)品兼顧性能與容量

就在寧德時(shí)代尋求這樣一種”兩全其美“的方案時(shí)，英特爾? 至強(qiáng)? 可擴(kuò)展平臺(tái)的新成員——英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存產(chǎn)品進(jìn)入了他們的視野。鑒于此前的存儲(chǔ)介質(zhì)和產(chǎn)品，不論是DRAM還是NAND固態(tài)盤(pán)都很難兼顧性能與容量，英特爾專門(mén)為這款產(chǎn)品配備創(chuàng)新的3D XPoint? 存儲(chǔ)介質(zhì)，使得其不但能夠兼容現(xiàn)有DRAM內(nèi)存使用的插槽、提供接近于DRAM的性能，還有數(shù)倍于DRAM的容量。它這種多面手式的優(yōu)勢(shì)，不但顛覆了傳統(tǒng)的內(nèi)存-存儲(chǔ)架構(gòu)，也為寧德時(shí)代破解MES“存儲(chǔ)墻”提供了一劑對(duì)癥的良方。

傲騰? 持久內(nèi)存彌補(bǔ)了DRAM內(nèi)存與固態(tài)盤(pán)間的性能差距

基于傲騰? 持久內(nèi)存的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，寧德時(shí)代在評(píng)估時(shí)就發(fā)現(xiàn)可以把它用出多種花樣。例如可以把它配置為可持久化存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的App Direct模式，再將其用作磁盤(pán)數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)載體。這樣做的好處就是在執(zhí)行上文提到的各種交互操作和日志存儲(chǔ)時(shí)，就能結(jié)合它高I/O、低時(shí)延的優(yōu)勢(shì)來(lái)大大縮短落盤(pán)的用時(shí)，顯著提升MES的整體性能。

再比如，傲騰? 持久內(nèi)存也可以被設(shè)置為內(nèi)存模式，用作MES主備機(jī)中備機(jī)的擴(kuò)展內(nèi)存，讓備機(jī)能利用其提供的更大內(nèi)存容量來(lái)承載更多I/O加強(qiáng)型負(fù)載，從而明顯降低備機(jī)系統(tǒng)的總體擁有成本（TCO）。

貼近生產(chǎn)環(huán)境實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)亮眼

先不論有多少種用法，解決主要矛盾刻不容緩，為驗(yàn)證英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存對(duì)其MES數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)化效果，寧德時(shí)代在英特爾支持下，貼近真實(shí)生產(chǎn)環(huán)境，對(duì)這一新產(chǎn)品在 Data Merge、Save Point 以及系統(tǒng)重啟等場(chǎng)景中的性能表現(xiàn)進(jìn)行了評(píng)估，結(jié)果非常亮眼。

以 Data Merge測(cè)試為例，歸一化后的結(jié)果對(duì)比顯示，采用英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存的方案比采用傳統(tǒng) SAS 高速固態(tài)盤(pán)的方案性能提升高達(dá)6.20倍，這意味著 MES的落盤(pán)時(shí)間顯著縮短，由此因各個(gè)操作互斥等待而造成系統(tǒng)停頓的概率也會(huì)大幅降低。

歸一化后的 Data Merge 性能測(cè)試結(jié)果對(duì)比

同時(shí)，由于利用到了傲騰? 持久內(nèi)存的持久化存儲(chǔ)能力，寧德時(shí)代MES的重啟時(shí)間也得以大大壓縮。以MES的升級(jí)更新為例，每次執(zhí)行這一操作前，它都需要先把其內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)中的TB量級(jí)數(shù)據(jù)存入到磁盤(pán)數(shù)據(jù)庫(kù)中，待升級(jí)更新完成后，再把這些數(shù)據(jù)讀回內(nèi)存。此前未配備傲騰? 持久內(nèi)存時(shí)，這一流程往往需要耗時(shí)數(shù)十分鐘之久，這就意味著生產(chǎn)會(huì)有較長(zhǎng)時(shí)間的停頓，這顯然是忙著增產(chǎn)和擴(kuò)產(chǎn)的制造企業(yè)所無(wú)法接受的。而在導(dǎo)入傲騰? 持久內(nèi)存后，這一時(shí)長(zhǎng)已經(jīng)縮短至5-10分鐘，結(jié)果就是產(chǎn)線只需利用正常換班時(shí)間，就能高效完成MES的升級(jí)更新。

隨數(shù)據(jù)成為生產(chǎn)要素，在工業(yè)制造領(lǐng)域，智能化產(chǎn)線等遭遇“數(shù)據(jù)墻”或“存儲(chǔ)墻”挑戰(zhàn)已日漸成為普遍問(wèn)題。走在智能制造前列的寧德時(shí)代依托英特爾? 至強(qiáng)? 可擴(kuò)展平臺(tái)，尤其是其中的內(nèi)存-存儲(chǔ)架構(gòu)顛覆者——英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存，幫助其MES 消除此前多個(gè)因磁盤(pán)性能不足而帶來(lái)的系統(tǒng)瓶頸，為其智能制造的“中樞神經(jīng)”構(gòu)建起了更強(qiáng)韌的“神經(jīng)鍵”，保障了產(chǎn)線穩(wěn)定高效運(yùn)轉(zhuǎn)和產(chǎn)能快速擴(kuò)展。同時(shí)寧德時(shí)代這一用例對(duì)整個(gè)制造業(yè)而言也是寶貴的范例與經(jīng)驗(yàn)，它在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境驗(yàn)證了英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存這一創(chuàng)新型內(nèi)存與存儲(chǔ)產(chǎn)品堪擔(dān)重任，也能夠幫助更多制造業(yè)同仁破解智能制造轉(zhuǎn)型中數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施面臨的存儲(chǔ)短板問(wèn)題，讓其增產(chǎn)提效不再被IT瓶頸所困擾。

也是基于這一成功實(shí)踐和創(chuàng)新心得，寧德時(shí)代已計(jì)劃將英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存引入更多系統(tǒng)和應(yīng)用場(chǎng)景，來(lái)為智能制造打造更廣闊的數(shù)據(jù)通道，并助力強(qiáng)化其在能源行業(yè)和智能制造領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。