IDC近日發(fā)布的《全球數(shù)字化轉(zhuǎn)型支出指南》2023年V1版預(yù)測(cè)：到2026年，中國(guó)數(shù)字化轉(zhuǎn)型支出規(guī)模預(yù)計(jì)超過(guò)6,000億美元，五年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到17.9%，增速位于全球前列¹。面對(duì)海量、實(shí)時(shí)、在線的數(shù)據(jù)處理需求，分布式數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)及數(shù)倉(cāng)服務(wù)已經(jīng)成為企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)設(shè)施之一。相比傳統(tǒng)架構(gòu)，分布式數(shù)據(jù)庫(kù)具有更高的并發(fā)和更低的時(shí)延，可實(shí)現(xiàn)敏捷的擴(kuò)展，幫助企業(yè)提升投資回報(bào)。但同時(shí)，隨著企業(yè)用戶的增長(zhǎng)，以及業(yè)務(wù)的持續(xù)創(chuàng)新，分布式數(shù)據(jù)庫(kù)必須具備更高的性能水平，以在特定的 SLA 標(biāo)準(zhǔn)下處理數(shù)據(jù)，幫助企業(yè)應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)爆發(fā)式增長(zhǎng)帶來(lái)的挑戰(zhàn)，充分釋放數(shù)據(jù)價(jià)值。

作為國(guó)產(chǎn)化分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的重要一員，超聚變數(shù)字技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱：超聚變）推出的 FusionDB 憑借高性能、簡(jiǎn)單易 用、穩(wěn)定高可用、安全可靠等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)在眾多行業(yè)用戶中得到成功應(yīng)用。目前，基于第四代英特爾 至強(qiáng) 可擴(kuò)展處理器的FusionDB 數(shù)據(jù)庫(kù)解決方案，進(jìn)一步釋放了在加速數(shù)據(jù)處理方面的潛能。同時(shí)，英特爾與超聚變緊密合作，基于英特爾 Open Analytic Toolkit 和英特爾 Quick Assist（英特爾 QAT）等技術(shù)對(duì) FusionDB 數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了優(yōu)化，解決了數(shù)據(jù)庫(kù)在加速優(yōu)化索引訪問(wèn)性能、物理備份性能、備份存儲(chǔ)空間占用以及總體擁有成本等方面面臨的瓶頸，打造了高性能數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，為用戶提供了流式、實(shí)時(shí)、離線、在線數(shù)據(jù)聚合等靈活的混合分析能力。

第四代英特爾 至強(qiáng) 可擴(kuò)展處理器
及內(nèi)置加速器提供算力基座

為解決上述性能挑戰(zhàn)，進(jìn)一步增強(qiáng) FusionDB 數(shù)據(jù)庫(kù)的性能優(yōu)勢(shì)，超聚變與英特爾從硬件升級(jí)、軟件優(yōu)化等多方面進(jìn)行了深入合作，打造了極具性能的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)解決方案。

在硬件層面，超聚變選擇了搭載第四代英特爾 至強(qiáng) 可擴(kuò)展處理器的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器作為基礎(chǔ)驗(yàn)證平臺(tái)。第四代英特爾 至強(qiáng) 可擴(kuò)展處理器通過(guò)創(chuàng)新架構(gòu)增加了每個(gè)時(shí)鐘周期的指令，每個(gè)插槽多達(dá) 60 個(gè)核心，支持 8 通道 DDR5 內(nèi)存，有效提升了內(nèi)存帶寬與速度，并通過(guò) PCIe 5.0（80 個(gè)通道）實(shí)現(xiàn)了更高的 PCIe 帶寬提升。第四代英特爾 至強(qiáng) 可擴(kuò)展處理器提供了出色性能和安全性，可根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)需求進(jìn)行擴(kuò)展。

此外，第四代英特爾 至強(qiáng) 可擴(kuò)展處理器內(nèi)置了多個(gè)加速器，諸如英特爾 In-Memory Analytics Accelerator（英特爾 IAA）、英特爾 高級(jí)矩陣擴(kuò)展（英特爾 AMX）、英特爾Data Streaming Accelerator（英特爾 DSA）、英特爾 QAT 等高級(jí)硬件能力，能夠加速AI、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)加解密等場(chǎng)景下的處理能力，滿足用戶的多樣化算力需求（圖1）。

協(xié)同開(kāi)展軟件優(yōu)化
輕松突破索引訪問(wèn)、端到端備份性能瓶頸

• 英特爾 Open Analytic Toolkit優(yōu)化布隆索引訪問(wèn)性能

數(shù)據(jù)庫(kù) Postgres 內(nèi)核默認(rèn)使用 B-Tree 索引，但為了提升 FusionDB的索引性能，超聚變首先使用布隆索引替代 B-Tree 索引，實(shí)現(xiàn)了一定的性能提升。為進(jìn)一步優(yōu)化布隆索引的訪問(wèn)性能，超聚變通過(guò)英特爾 Open Analytic Toolkit 應(yīng)用了 AVX512 這一重要特性，以使用處理器的單指令多數(shù)據(jù) (SIMD) 指令對(duì)索引過(guò)程進(jìn)行矢量化，從而優(yōu)化性能。英特爾 高級(jí)矢量擴(kuò)展 512（英特爾AVX-512）是一套創(chuàng)新的指令集，提升了指令的吞吐能力，能夠更好地應(yīng)對(duì)龐大的數(shù)據(jù)量以及數(shù)據(jù)庫(kù)中高維數(shù)據(jù)所帶來(lái)的性能壓力。

在實(shí)際優(yōu)化過(guò)程中，超聚變利用英特爾 AVX-512 的矢量化方式，對(duì) FusionDB 數(shù)據(jù)庫(kù)中創(chuàng)建索引和索引查詢的過(guò)程進(jìn)行加速。在創(chuàng)建索引的過(guò)程中重點(diǎn)解決了數(shù)據(jù)哈希矢量化問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)了并行生成每列數(shù)據(jù)的布隆位圖。在索引查詢過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了多路并行的布隆位圖比較，并支持變長(zhǎng)布隆位圖。超聚變針對(duì) FusionDB 數(shù)據(jù)庫(kù)索引執(zhí)行時(shí)間測(cè)試的數(shù)據(jù)顯示（圖2），在啟用英特爾 AVX-512 之后，索引性能最高提升1.67倍²。

• 英特爾 QAT幫助提升物理備份性能，大幅節(jié)約空間

物理備份是分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的一個(gè)常用場(chǎng)景，為了提升備份效率，超聚變對(duì)于 FusionDB 數(shù)據(jù)庫(kù)備份緩存機(jī)制進(jìn)行了優(yōu)化，將備份緩存從 8kb 頁(yè)面調(diào)整為 64kb 頁(yè)面，從而降低了緩存的增量，提高了吞吐率，更有效地發(fā)揮資源性能，大幅提升了全量備份和增量備份等性能。

為了進(jìn)一步提升 FusionDB 數(shù)據(jù)庫(kù)備份效率，超聚變利用英特爾QATzip 對(duì)于 FusionDB 數(shù)據(jù)庫(kù) gs_probackup 中原有的緩存機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化，在保證前向兼容的前提下，添加可通過(guò)參數(shù)配置大小的物理備份緩存，使得 CPU 能力得到充分的發(fā)揮，進(jìn)一步提升了全量備份和增量備份性能（圖3）。英特爾 QAT 是英特爾面向高性能安全性、私鑰保護(hù)和壓縮/解壓縮等場(chǎng)景推出的一個(gè)硬件加速技術(shù)，能夠?qū)⑾嚓P(guān)負(fù)載從 CPU卸載到 QAT 中，有效提升應(yīng)用程序和平臺(tái)的性能。第四代英特爾 至強(qiáng) 可擴(kuò)展處理器集成了英特爾 QAT4.0，能夠更進(jìn)一步釋放在私鑰保護(hù)和壓縮/解壓縮等場(chǎng)景的性能優(yōu)勢(shì)。

此外，超聚變還對(duì)比了當(dāng) NVMe 盤(pán)緩存大小均為 256KB，全量備份數(shù)據(jù)量均為 102 GB，并發(fā)數(shù)為 4 時(shí)的 QAT 與 lz4 壓縮性能比較。測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，英特爾 QATzip 均能夠有效提升數(shù)據(jù)壓縮效率，提升數(shù)據(jù)備份恢復(fù)速度（圖4）。在使用英特爾 QATzip 之后，F(xiàn)usionDB 數(shù)據(jù)庫(kù)可以實(shí)現(xiàn) 50%⁵左右的壓縮率，進(jìn)一步降低了對(duì)于存儲(chǔ)空間的占用，有助于降低存儲(chǔ)成本，提升數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的投資回報(bào)率。

全面賦能
超聚變FusionDB數(shù)據(jù)庫(kù)優(yōu)勢(shì)顯著

超聚變與英特爾的深度合作，解決了 FusionDB 數(shù)據(jù)庫(kù)面臨的多個(gè)瓶頸，在布隆數(shù)據(jù)索引、端到端文件備份等場(chǎng)景中提升了數(shù)據(jù)庫(kù)的性能表現(xiàn)，助力超聚變FusionDB 數(shù)據(jù)庫(kù)以更優(yōu)的性能、穩(wěn)定性、可用性為用戶提供服務(wù)。

首先，通過(guò)采用第四代英特爾 至強(qiáng) 可擴(kuò)展處理器并使用英特爾Open Analytic Toolkit 進(jìn)行軟件優(yōu)化，F(xiàn)usionDB 數(shù)據(jù)庫(kù)能夠加速索引訪問(wèn)速度，更有效地應(yīng)對(duì)大規(guī)模業(yè)務(wù)在吞吐、時(shí)延方面的挑戰(zhàn)，提升業(yè)務(wù)服務(wù)能力，高效支撐性能敏感型業(yè)務(wù)。

第二，通過(guò)利用英特爾 QAT 加速，F(xiàn)usionDB 數(shù)據(jù)庫(kù)可縮短備份恢復(fù)時(shí)間，降低業(yè)務(wù)遷移成本，減少業(yè)務(wù)備份中斷時(shí)間，同時(shí)還可通過(guò)英特爾 QAT 硬件引擎卸載 CPU 的壓縮任務(wù)，降低對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

第三，在使用英特爾 QAT 加速壓縮之后，F(xiàn)usionDB 數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)了更高的壓縮率，有助于節(jié)省存儲(chǔ)空間，降低支出。此外，超聚變提供了基于第四代英特爾 至強(qiáng) 可擴(kuò)展處理器的 FusionDB 數(shù)據(jù)庫(kù)一體機(jī)解決方案，能夠?qū)崿F(xiàn)更深入的集成與優(yōu)化，可以幫助客戶降低部署與調(diào)優(yōu)的時(shí)間成本。

在各行各業(yè)廣泛開(kāi)展數(shù)字化轉(zhuǎn)型的背景下，英特爾致力于為用戶提供不同場(chǎng)景的解決方案。基于第四代英特爾 至強(qiáng) 可擴(kuò)展處理器及其內(nèi)置加速器，用戶可以在 AI、分析、云和微服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)、存儲(chǔ)等類型的工作負(fù)載中獲得優(yōu)化的性能。通過(guò)與強(qiáng)大的生態(tài)系統(tǒng)相結(jié)合，第四代英特爾 至強(qiáng) 可擴(kuò)展處理器能夠幫助用戶構(gòu)建更加高效、安全的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施，助力企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。