ฝ่าวิกฤต DRAM ขาดตลาด! ด้วยฟีเจอร์ Memory Tiering บน VMware Cloud Foundation 9.0

‘ไม่มีของ มีก็แพง’ นี่คือสภาวะของตลาด DRAM ที่ทั้งโลกกำลังเผชิญเหมือนกันท่ามกลางมหาวิกฤตเศรษฐกิจที่ส่งสัญญาณน่ากังวล แน่นอนว่าคงไม่มีธุรกิจไหนที่ไม่อยากขยายระบบเพื่อรองรับการใช้งานที่มากขึ้น เพราะเซิร์ฟเวอร์ยังมี CPU เหลืออยู่และค่า Software License ก็ยังคงต้องจ่าย แต่คอขวดดันเกิดขึ้นกับตลาด DRAM ที่แม้มีงบประมาณก็ต้องรอของที่ไม่การันตีว่าเมื่อไหร่ 

ในบทความนี้เราจะมาชวนทุกท่านไปรู้จักกับฟีเจอร์ Memory Tiering แบบเจาะลึกใน VMware Cloud Foundation 9.0 ที่นำ NVMe มาขยายขีดจำกัดความสามารถได้ พร้อมแนวคิดเบื้องหลัง ความคุ้มค่า และ ข้อกำหนดที่ต้องประเมินก่อนการใช้งาน

RAMmageddon : มหาวิกฤตที่อาจลากยาวไปอีกหลายปี

ถ้าคุณกำลังเล็งที่จะซื้อ DRAM ใหม่ บอกได้เลยว่าตอนนี้ราคาพุ่งทะยานไปจนเหงื่อตก โดยเหตุผลที่มีน้ำหนักมากที่สุดมาจากการที่ผู้ผลิต Supply Chain ต้นน้ำ หันไปคว้าตลาด High Bandwidth Memory(HBM) ซึ่งเป็นที่ต้องการของการประมวลผล AI จากดาต้าเซ็นเตอร์ขนาดใหญ่ที่มีกำลังซื้อสูงกว่า แต่กำลังการผลิตของผู้เล่นเดิมไม่ได้มีเพียงพอ จึงเปลี่ยนไลน์การผลิตจาก DRAM ไปเติมให้ HBM ที่ใช้เวเฟอร์ในการผลิตมากกว่าถึง 3 เท่า เทียบกับ DRAM  

โดยจากความต้องการของ AI ที่พุ่งสูงและยังไม่มีแนวโน้มจะลดลง การลงทุนขยายโรงงานเพื่อเพิ่มกำลังการผลิตก็ต้องใช้เวลา ผู้เชี่ยวชาญหลายฝ่ายจึงประเมินว่าปัญหา DRAM ขาดตลาดอาจจะอยู่กับเราไปอีกหลายปี คำถามคือถ้าโอกาสของธุรกิจของคุณมาถึงตอนนี้ แต่ระบบไอทีกลายเป็นคอขวดคุณจะทำอย่างไร?

ความเจ็บปวดของปัญหาเรื่อง DRAM และต้นกำเนิดของฟีเจอร์ Memory Tiering ใน VMware Cloud Foundation

ปัญหาราคาของ DRAM ก็สำคัญไม่น้อย โดยหากพิจารณาจากรายการจัดซื้อจะพบว่า DRAM อาจมีสัดส่วนระหว่าง 30-70% ในต้นทุนเลยทีเดียว นั่นแปลว่าหากองค์กรสามารถลดความต้องการในส่วนนี้ลงได้ก็จะทำให้ต้นทุนโดยรวมน่าสนใจมากขึ้น ซึ่ง VMware เข้าใจเรื่องเหล่านี้เป็นอย่างดี โดยพบว่าผู้ใช้งานมักเผชิญกับความท้าทายของ DRAM ด้วยกัน 4 เรื่องคือ

1.) ราคาของ DRAM – หากพิจารณาจากรายการจัดซื้อจะพบว่า DRAM อาจมีสัดส่วนระหว่าง 30-70% ในต้นทุนเลยทีเดียว และนานวันไปแอปพลิเคชันส่วนใหญ่มักต้องการทรัพยากรเครื่องเยอะขึ้น ซึ่งหนีไม่พ้นเรื่องการเพิ่ม DRAM

2.) Active Memory น้อย – ในปัจจุบันในหลาย OS และรวมไปถึงรูปแบบของพฤติกรรมการใช้งานของแอปพลิเคชันที่ทำงาน ส่วนใหญ่จะมีการจับจอง memory เพื่อหรือจองทิ้งไว้ ซึ่งอันที่จริงแล้วมีปริมาณของ Active Memory หรือการใช้งานจริงไม่ได้สูงตามที่มีการจองไว้ และในบางครั้งปริมาณการใช้งาน CPU ก็ยังไม่ถูกใช้งานเต็มที่ ทำให้เพราะจัดสรร Memory จริงๆ ที่เหลืออยู่ไม่สามารถบริหารได้ไม่เพียงพอต่อระบบอื่นนอกเหนือจากระบบนี้

3.) การเพิ่ม DRAM ไม่ใช่เรื่องง่าย – สมมุติว่าเรามี RAM พอแต่ในทางปฏิบัติต้องตรวจสอบ Slot ว่ารองรับด้วยหรือไม่ และต้นทุนการใช RAM  เช่น 64 GB จำนวน 2 ชิ้นยังต่างกับ 128 GB ขนาด 1 ชิ้นเป็นเท่าตัว

4.) ค่า License Software จ่ายตาม CPU ที่ไม่ได้ใช้จริง – อย่างที่กล่าวไปว่าเครื่องยังเหลือ CPU ว่างสำหรับการใช้งาน แต่มีซอฟต์แวร์ไม่น้อยที่คิดราคาตามคอร์ นั่นก็แปลว่าเรากำลังจ่ายเงินไปฟรีๆ แถม CPU ในดาต้าเซนเตอร์ก็มีจำนวนมาก ซึ่งคอขวดทั้งหมดมาจาก DRAM นั่นเอง หากใช้งาน CPU ได้เต็มที่ก็มีแนวโน้มที่จะลดจำนวนเครื่องลงได้ ที่ส่งผลโดยตรงกับราคา License, กำลังไฟ และ การทำความร้อนในดาต้าเซ็นเตอร์ด้วย

แนวคิดของ Memory Tiering นั่นเข้าใจได้ไม่ยาก โดยข้อมูลที่ถูกใช้บ่อยจะถูกจัดเก็บใน DRAM ลำดับแรก แต่ข้อมูลที่ไม่ได้ใช้บ่อย (Cold) จะถูกจัดเก็บในหน่วยความจำที่ถูกกว่า ด้วยวิธีการจัดการ Memory Page อย่างลึกซึ้ง ของ VMware ที่ได้ผนึกฟังก์ชันนี้ในระดับ ESXi Kernel ทำให้เกิด Address Space ในภาพเดียวกัน

VMware ตระหนักมาโดยตลอดว่าการบริหารจัดการ Memory ให้คุ้มค่านั้นสำคัญเพียงใดต่อลูกค้า ทำให้ทรัพยากรได้ถูกใช้งานอย่างเต็มขีดประสิทธิภาพ ทำใหต้นทุนลดลงได้แบบมีนัยสำคัญ และไม่ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพการใช้งานจากการทำงานร่วมกับความสามารถVMware Distributed Resource Scheduler (DRS) และ vMotion ที่ตอบโจทย์เรื่อง Mobility โดยไม่กระทบกับประสิทธิภาพของแอปพลิเคชัน

ณ ช่วงเวลาหนึ่ง Intel Optane Persistent Memory ก็เคยเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจ เพียงแต่ถูกยุติการพัฒนาไปเสียก่อน ทำให้ VMware ได้ตัดสินใจเลือกเทคโนโลยี NVMe ที่ตอบโจทย์ในเรื่อง latency ต่ำ เป็นที่นิยมอย่างแพร่หลาย และมีการใช้ overhead น้อยด้วย

เจาะลึกแนวคิดในการออกแบบเกี่ยวกับฟีเจอร์ Memory Tiering

Memory Tiering ถูกปล่อยออกมาให้ทดสอบครั้งแรกใน VCF 8.0 U3 และสมบูรณ์พร้อมใช้ใน VCF 9.0 โดยนำเสียงสะท้อนต่างๆมาปรับปรุงในหลายด้าน แม้ว่าแนวคิดนี้จะไม่ใช่เรื่องยากนัก แต่หลายคนอาจก็อาจกังวลในเรื่องความมั่นคงปลอดภัยและความเข้ากันได้กับความสามารถเดิมของ VMware ซึ่ง Memory Tiering ที่ในเวอร์ชันล่าสุดสามารถรองรับการใช้งาน ดังนี้

1.) Mixed Cluster

ผู้ใช้งานสามารถเลือกเปิดฟีเจอร์ Memory Tiering ได้บนทุกโฮสต์ในคลัสเตอร์ หรือเลือกเปิดให้เครื่องจำนวนหนึ่งในคลัสเตอร์ก็ได้ รองรับการทดสอบเพียงโฮสต์เครื่องเดียว ซึ่งอาจเพราะมี Slot สำหรับ NVMe ได้ไม่ทุกตัว หากมีงบประมาณจำกัดก็เริ่มขยายประสิทธิภาพเพียงส่วนเล็กๆก่อนได้

2.) Redundancy

โดยปกติแล้วเมื่อพูดถึง Storage เรามักจะกล่าวถึงเทคโนโลยี RAID โดย Memory Tiering ของ VMware สามารถรองรับเทคโนโลยี RAID ได้หลายรูปแบบทั้ง RAID 1, 5, 10 ฯลฯ ทั้งนี้ผู้ใช้งานจะต้องประเมิน เรื่องต้นทุนในการบริหารจัดการด้วย โดยเฉพาะในกรณีที่ดิสก์เกิดเหตุการณ์ทำงานล้มเหลวโดยไม่มีกลไก Redundancy อาจเกิดผลกระทบกับ VM ณ เวลานั้นๆได้ ทำให้ VM ต้องการเรียกข้อมูลกลับจาก NVMe มาใช้งาน ดังนั้นเมื่อจำเป็นต้องการให้ VM มีสถานะ HA นอกจากการทำ RAID แบบปกติแล้ว VCF 9.0 ยังรองรับเทคโนโลยี Intel® VROC หรือ Virtual RAID และ tri-mode RAID controller อีกด้วย

3.) VMware Distributed Resource Scheduler (DRS)

DRS เป็นฟีเจอร์ใน vSphere ที่เป็นเหมือน Load Balance ทรัพยากรให้ ESXi Host ในคลัสเตอร์ โดยพิจารณาปัจจัยต่างๆ เพื่อการันตีว่า VM จะมีทรัพยากรเพียงพอ ซึ่ง Memory Tiering เข้าใจสถานะของ Memory Page ขณะนั้นและช่วยจัดการ Memory Pages ข้ามคลัสเตอร์ ที่ทำงานร่วมกับ DRS ได้อย่างไร้รอยต่อ

4.) Ratio

Memory Tiering ในเวอร์ชัน VCF 9.0 สามารถเลือกอัตราส่วนระหว่าง DRAM และ NVMe ได้ 3 รูปแบบคือ 1:1 (Default), 1:2 และ 1:4 โดยในแต่ละรูปแบบนั้นจะขึ้นอยู่ลักษณะของการนำไปใช้งาน ตัวอย่างเช่น ระบบงานที่ใช้ Database ที่ต้องการ performance สูง ก็จะใช้ ratio อยู่ที่ 1:1(memory 1 ส่วน ต่อ nvme 1 ส่วน) หรืออีกตัวอย่างคืองานประเภท VDI ที่มีอัตราของ active memory น้อย สามารถใช้อัตราส่วนเป็นแบบ 1:4 (memory 1 ส่วน ต่อ nvme 4 ส่วน) ได้

5.) Security

ความเป็น non-volatile ไม่ได้หมายความว่าจะปลอดภัย มีการโจมตีบางรูปแบบที่พยายามซ่อนตัวในหน่วยความจำเพื่อเลี่ยงการตรวจจับได้ และสิ่งที่ Memory Tiering กำลังทำคือการย้ายข้อมูลข้ามไประหว่าง non-volatile และ volatile storage ซึ่ง VMware มีความสามารถในการเข้ารหัสในระดับ Memory เหล่านี้ ด้วยวิธีเข้ารหัสกุญแจแบบสุ่มจาก Kernel ของแต่ละโฮสต์เมื่อ VM ถูกเปิดขึ้น ทำให้อายุการเข้าถึงข้อมูลจะถูกจำกัดตาม VM ในกรณีที่ทำ vMotion ข้อมูล Memory Page จะถูกถอดรหัสและส่งผ่านความสามารถ vMotion Encryption และทำการเข้ารหัสกุญแจใหม่บนเครื่องปลายทาง ทำให้ผู้ใช้งาน VMware สามารถเลือกเปิดฟีเจอร์เข้ารหัสนี้ได้ทั้งในระดับ VM หรือ Host ก็ได้

ข้อกำหนดที่ต้องรู้ก่อนเริ่มต้นเปิดใช้งาน Memory Tiering

Memory Tiering ไม่ได้เหมาะกับทุกการใช้งาน โดยในบางการใช้งานที่เน้นเรื่อง Latency อาจไม่เหมาะกับการเปิดฟีเจอร์นี้ เช่น VM ที่ใช้งาน Memory เยอะมากๆ, ไม่สามารถเกิดความผิดพลาดได้ และการเน้นความมั่นคงด้านปลอดภัย เรื่อง Confidential Computing เป็นต้น ซึ่ง VMware แนะนำให้ผู้ใช้งานควรเริ่มต้นจาก

1.) เข้าใจความต้องการของ Workload ที่ต้องการขยายประสิทธิภาพ โดยท่านสามารถตรวจสอบอัตราของ Active Memory ได้จาก vCenter ที่ควรอยู่ที่ระดับต่ำกว่า 50% ซึ่งในกรณีที่มีการวางแผนจัดซื้อใหม่ จะต้องมีการประเมินพฤติกรรมการใช้งานอย่างรอบคอบ

2.) ควรอัปเดตซอฟต์แวร์อย่างน้อยใน VCF / VVF ในเวอร์ชัน 9.0 ขึ้นไป ทั้ง vCenter และ ESX Host โดยสามารถตั้งค่าเฉพาะโฮสต์หรือคลัสเตอร์ได้

3.) อันดับแรกให้ทำ Partition ที่ NVMe  และไม่ใช้อุปกรณ์ NVMe ในการเก็บข้อมูลเพื่อกำหนดให้  Partition นี้ ป้องกันการแย่ง Bandwidth ในอุปกรณ์ โดยจะต้องเป็นฮาร์ดแวร์ที่มีมาตราฐานขั่นต่ำตามที่ VMware กำหนด ซึ่งตรวจสอบการรองรับได้ที่ Broadcom Compatibility Guide

ตอบโจทย์การลด TCO ได้สูงสุดถึง 40%

หากองค์กรใด สามารถประเมินการใช้งาน Active Memory บน Workload ได้อย่างแน่ชัด เราสามารถนำ Memory Tiering ไปคำนวณได้ตั้งแต่การวางแผนการจัดซื้อ โดยในกรณีที่ค่า Active Memory น้อยมาก อาจจะปรับใช้อัตราระหว่าง RAM : NVMe ได้ถึง 1:4 ทำให้ประหยัดต้นทุนได้อย่างมาก กลับกันในกรณีที่ผู้ใช้งาน VMware อยู่แล้วต้องการเพิ่มศักยภาพในการใช้งานทรัพยากร Memory Tiering ก็จ่ะช่วยให้ท่านใช้ CPU ได้เต็มศักยภาพมากขึ้น นำไปสู่การลดลงของจำนวนโฮสต์

จากผลการทดสอบ ในการทำงานจริงของ Memory Tiering สามารถเพิ่มจำนวนการใช้งาน VM ได้มากถึง 2 เท่าทั้งๆที่ยังรักษาคุณภาพการใช้งานได้ในระดับสูง รวมไปถึงมีประโยชน์ในแง่ของการเพิ่ม Throughput ด้วย จากการทดสอบกับ MS SQL นั่นส่งผลต่อค่าใช้จ่ายของ License อย่างแท้จริง และนั่นเองทำให้ Memory Tiering สร้างผลลัพธ์ในการลงทุนขององค์กรได้มากถึง 40% เลยทีเดียว ทำให้ธุรกิจสามารถขยายตัวต่อไปได้ในยามที่เกิดวิกฤติของ Supply Chain อันรุนแรง ณ ปัจจุบัน

สำหรับผู้ที่สนใจโซลูชันของ VMware หรือกำลังมองหาแนวทางการสร้าง Private Cloud สามารถติดต่อทีมงาน VST ECS (Thailand) ได้ที่ vmwareconnect@vstecs.co.th