多場景加速，這個技術(shù)成為ISV的＂芯＂頭好

2018 年 12 月初，一場 7 級北風(fēng)讓北京的氣溫下跌至零下 10 度。當(dāng)北京海云捷迅科技股份有限公司（下文簡稱：海云捷迅）的工程師李偉走到某三甲醫(yī)院大門口時，內(nèi)心的焦慮讓他沒有察覺到一丁點寒冷。兩天前，這個客戶提出的一個需求讓李偉非常為難：云平臺中的一臺物理服務(wù)器因為進行升級需要關(guān)機，要將上面運行 HIS 系統(tǒng)的虛擬機熱遷移到另外一臺服務(wù)器上。李偉知道，HIS 系統(tǒng)是醫(yī)院信息化系統(tǒng)的核心，且運行壓力很大，極高的負載很可能導(dǎo)致熱遷移失敗。而一旦熱遷移失敗，就會影響本次升級工作，嚴重的話還可能導(dǎo)致全院核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)的癱瘓。

實際上，很多云計算用戶都面臨同樣的問題。云上運行的業(yè)務(wù)往往都是負載龐雜的核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)，無法停機進行冷遷移。而要成功熱遷移，對底層 IT 設(shè)施將帶來巨大挑戰(zhàn)。李偉后來回憶道：“如果當(dāng)時有不占用 CPU 資源進行數(shù)據(jù)壓縮從而大幅提升熱遷移成功率的技術(shù)，許多客戶的痛點就能迎刃而解。”

既高效又安全的底層技術(shù)
釋放CPU資源給上層業(yè)務(wù)

可能當(dāng)時的李偉也不曾想到，幾年以后自己會和這樣的技術(shù)不期而遇。它就是英特爾 數(shù)據(jù)保護與壓縮加速技術(shù)（下文簡稱：英特爾 QAT）。英特爾 QAT 是英特爾面向高性能安全性、私鑰保護和壓縮/解壓縮等場景推出的一個硬件加速技術(shù)，能夠以硬件方式為高效的壓縮算法進行數(shù)據(jù)壓縮，在不額外增加 CPU 負載的前提下，提高數(shù)據(jù)壓縮效率，有效提升應(yīng)用程序和平臺的性能。目前，英特爾 QAT 作為內(nèi)置加速器被集成至最新的第四代英特爾 至強 可擴展處理器中，可通過卸載加密、解密和壓縮釋放處理器內(nèi)核，從而讓系統(tǒng)能夠支持更多客戶端運行或?qū)崿F(xiàn)降低能耗的目的。

李偉所在的海云捷迅為企業(yè)用戶提供統(tǒng)一管理多種云資源的云計算管理平臺和服務(wù)，他表示，對于云用戶而言，尤其是在超融合場景，一定希望把所購買的 CPU 資源完全用于業(yè)務(wù)，而不需要在底層的數(shù)據(jù)壓縮、傳輸?shù)葓鼍跋?CPU 資源。包括英特爾 QAT 在內(nèi)的英特爾 CPU 內(nèi)置加速器，能將底層任務(wù)從 CPU 卸載到加速器中進行，最大限度地把 CPU 資源留給業(yè)務(wù)，大幅提升了云用戶的 ROI。

實際上，壓縮技術(shù)的用武之地并不僅限于云平臺，在存儲領(lǐng)域它更是起到了至關(guān)重要的作用。北京星辰天合科技股份有限公司（下文簡稱：星辰天合）架構(gòu)師劉名欣一直希望在數(shù)據(jù)壓縮加速方面尋求突破，而當(dāng)他遇到英特爾 QAT時，同樣抑制不住內(nèi)心的興奮。星辰天合作為一家軟件定義存儲服務(wù)的提供商，對壓縮技術(shù)有著天然的需求。劉名欣和他的團隊成員在設(shè)計星辰天合新一代全閃分布式存儲系統(tǒng) XINFINI9000 的時候，就碰到了這個典型問題：在全閃存儲系統(tǒng)中，由于NVME盤成本高，為提升全閃存儲的性價比，需要在存儲層面將數(shù)據(jù)壓縮之后再進行存儲，因此全閃存儲系統(tǒng)的設(shè)計，必須具備數(shù)據(jù)縮減（壓縮）的功能。但是，傳統(tǒng)方式處理壓縮和解壓縮操作，會大量占用全閃存儲節(jié)點的 CPU 資源，將無法保證系統(tǒng)的低延時，出現(xiàn)性能抖動，造成非常不好的用戶體驗，對存儲系統(tǒng)的整體性能帶來巨大挑戰(zhàn)。

在和英特爾工程師交流探討之后，劉名欣團隊有了新的破題思路。英特爾 QAT在不消耗 CPU 資源的情況下帶來的理想數(shù)據(jù)壓縮效果，從根本上解決了劉名欣團隊遇到的問題。在后期系統(tǒng)研發(fā)測試中，英特爾和星辰天合深度合作，提供硬件設(shè)備及技術(shù)支持，使系統(tǒng)的研發(fā)順利且成功的完成。

從量變到質(zhì)變
技術(shù)變革推動行業(yè)變革

對于海云捷迅這類云廠商而言，高負載虛擬機熱遷移的成功率低是很難邁過的坎，當(dāng)虛擬機內(nèi)存數(shù)據(jù)更新速度大于遷移速度時，就可能會導(dǎo)致遷移失敗。而英特爾 QAT對數(shù)據(jù)的高效壓縮，使海云捷迅云平臺上的虛擬機熱遷移效率和成功率均得到了明顯的提升。海云捷迅分別針對高負載與無負載環(huán)境下，以數(shù)據(jù)壓縮的方式進行虛擬機熱遷移測試，并對比遷移的總耗時。結(jié)果顯示，在無負載環(huán)境中，啟用英特爾 QAT后熱遷移效率提升了 8.17 倍；在高負載環(huán)境中，啟用英特爾 QAT后熱遷移效率提升了 6.97 倍。更為重要的是，高負載環(huán)境下未啟用英特爾 QAT可能會出現(xiàn)遷移失敗，啟動后的熱遷移均能夠順利完成¹。

海云捷迅虛擬機熱遷移效率比較

海云捷迅李偉表示，以前因為成功率低，所以企業(yè)往往不敢做虛擬機熱遷移。這就是技術(shù)的短板壓抑了企業(yè)的實際需求。當(dāng)英特爾 QAT這類新技術(shù)出現(xiàn)，使用戶不再談熱遷移色變，從而推動用戶行為的改變，進而可能會對企業(yè)的信息化管理和決策產(chǎn)生積極的影響。

同樣，在存儲行業(yè)，隨著AI尤其是大模型的爆發(fā)式增長，用戶對存儲的性能和高可用的需求越來越高，全閃存儲也是未來重要的發(fā)展方向，確保全閃存儲系統(tǒng)的性能，就成為了星辰天合這樣的存儲系統(tǒng)公司的重要使命。星辰天合劉名欣認為，在全閃存儲時代，英特爾 QAT將對系統(tǒng)的高性能低延遲起到至關(guān)重要的作用，甚至?xí)苿有袠I(yè)的變革。

從技術(shù)到生態(tài)
廣泛合作拓展英特爾 QAT應(yīng)用場景

星辰天合的工程師劉名欣曾表示，英特爾不僅能夠提供強大的產(chǎn)品，英特爾工程師提供的新思路讓他受益匪淺。而在李偉看來，英特爾強大的技術(shù)專家支持是海云捷迅 QAT 項目成功的關(guān)鍵因素?！坝⑻貭柌恢皇墙o合作伙伴提供硬件，還可以與合作伙伴一起進行底層的軟件開發(fā)和編譯，大幅縮短了項目周期。同時，我們的技術(shù)團隊在合作過程中也得到了很大的能力提升?！崩顐フf。

海云捷迅李偉（中）與英特爾工程師一起討論技術(shù)問題

其實，在很多合作伙伴看來，英特爾不僅技術(shù)能力出眾，其完整的生態(tài)也會給合作伙伴帶來巨大的價值。一個典型的場景就是操作系統(tǒng)，因為它與芯片有著天然的聯(lián)結(jié)，是計算機體系中連接軟硬件、承上啟下的關(guān)鍵。只有通過操作系統(tǒng)，才能讓基于硬件的底層加速技術(shù)為上層應(yīng)用所使用，而操作系統(tǒng)也相應(yīng)得到底層硬件的支持，實現(xiàn)其生態(tài)的拓展和完善。

統(tǒng)信軟件技術(shù)有限公司（下文簡稱：統(tǒng)信軟件）是一家操作系統(tǒng)廠商，基于合作共贏、攜手共進的理念，從成立之初開始，便與英特爾展開深度合作并成立聯(lián)合實驗室，對新技術(shù)應(yīng)用進行聯(lián)合攻關(guān)。目前，英特爾 QAT的數(shù)據(jù)壓縮和加密能力已經(jīng)可以通過統(tǒng)信軟件的操作系統(tǒng)UOS透傳給用戶，并成為 UOS 為上層應(yīng)用提供的重要能力之一。

統(tǒng)信軟件副總經(jīng)理兼生態(tài)中心總經(jīng)理朱靖表示，評價一個操作系統(tǒng)的好壞最重要的就是生態(tài)。統(tǒng)信軟件與英特爾的合作不但加速了 UOS 的生態(tài)布局，而且拓展了統(tǒng)信軟件的技術(shù)視野，可以共同探討和構(gòu)建相關(guān)的接口標(biāo)準，還可以通過開源社區(qū)和行業(yè)拓展新的業(yè)務(wù)場景。

以英特爾 QAT等新技術(shù)為基礎(chǔ)，統(tǒng)信軟件與英特爾從技術(shù)合作到生態(tài)合作，正在一步一個腳印穩(wěn)步推進。統(tǒng)信軟件硬件生態(tài)部總經(jīng)理蘇毓航介紹，除了單獨的項目會議，統(tǒng)信軟件與英特爾每兩周還有一次溝通會，雙方都注入了大量資源，合作非常緊密。此外，統(tǒng)信軟件還將與英特爾先進的生態(tài)合作機制復(fù)用到了與其他合作伙伴的合作之中，使 UOS 的生態(tài)系統(tǒng)不斷發(fā)展。

可以看到，無論是云計算、存儲、操作系統(tǒng)還是網(wǎng)絡(luò)等各個領(lǐng)域，作為第四代英特爾 至強 可擴展處理器內(nèi)置加速器的英特爾 QAT都能為業(yè)務(wù)帶來進一步性能提升。隨著英特爾與生態(tài)合作伙伴的不斷探索與創(chuàng)新，英特爾 QAT必將有更多應(yīng)用場景和想象空間，為更多用戶帶來新的價值。

參考資料：

1 數(shù)據(jù)援引自海云捷迅與英特爾截止 2023 年 7 月的測試結(jié)果。測試配置：3 臺服務(wù)器，英特爾 至強 金牌 6454S 處理器 @ 3.4 GHz，256 GB 總內(nèi)存 (16x16 GB)，4*1.5 TB NVMe 固態(tài)盤，480 GB SATA 固態(tài)盤，OpenCloudOS 8.5，sysbench 1.0.17。高負載測試場景：在 1 核 CPU、200 GB 內(nèi)存規(guī)格的虛擬機中，使用 sysbench 測試工具做 10 個并發(fā)、5 張表的 MySQL 混合讀寫壓力測試（其中每張表含 10 萬行數(shù)據(jù)量），在內(nèi)存讀寫過于頻繁的情況下，出現(xiàn)了虛擬機無法熱遷移的情況，而通過使用 QAT 技術(shù)提升了在此高負載場景下的虛擬機熱遷移成功率。