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“智能存储管理”这波技术“后浪”

2021-04-25戚烨

中国信息化周报 2021年9期
关键词:存储设备存储系统浪潮

戚烨

2021年年初,SSD固态盘价格受产能供应紧缺因素影响开始上涨,目前240GB SSD报价由24.2美元上涨至24.6美元;480GB SSD报价由44美元上涨至44.5美元。

面对固态盘价格的快速上涨,浪潮在固态盘方面持续创新,推出了新一代ZNS(Zoned Namespace)SSD,在性能、容量、寿命、成本、易用性等方面实现了飞跃式提升,这是继2019年发布的NVMe SSD固态盘之后,浪潮存储在固态盘技术方面的全面升级。

ZNS SSD

ZNS SSD即分区命名空间固态硬盘,ZNS 是从 OC(开放通道)SSD基础上发展而来的,实现了把FTL(闪存转换层)从SSD内部迁移到上层的Host端,把SSD内部开放给了Host端,用户可以根据自己需要,灵活地选择自己适合的FTL,然代价是软件架构须重新设计,成本较高,对用户的技术实力要求也较高。

ZNS协议对NVMe 2.0其中的一部分将进行标准化处理,以满足行业需求。相比之下ZNS SSD规范更加标准,生态环境更加友好,简化了软件架构,用户可以更加容易地根据自身场景需求进行特定软件开发。

ZNS SSD将FTL移至Host端进行数据管理和I/O调度,NVMe ZNS提供了分区存储设备接口,该接口允许SSD和主机在数据放置方面进行协作,根据数据类型的不同选择单独的存放位置,从而将数据与SSD的物理介质对齐,提高总体性能并增加主机直接读写的容量,实现I/O(输入/输出)隔离。

ZNS规范中,将SSD namespace的整个LBA(逻辑区块地址)范围划分为若干个等长的区间,等长的LBA区间为一个zone(区域),每个zone内必须以顺序的方式进行写入,且每个zone都有其独立的状态机进行管理。ZNS SSD内部可以根据不同的应用场景将不同的zone与不同的物理位置进行映射;configA是一种最有利于顺序读写的配置,这种方法可以保证读写过程Die的并发性最好,一般来说标准SSD都会按照这种方式写入。configB更有利于Latency敏感的场景,每个用户控制自己的Die,从而减少相互之间的影响。

由于zone内要求必须顺序写入,这样在多线程写入同一个zone时,线程之间会因为写入指针的竞争导致写入速度受限或者出现写入位置不正确的问题,这样同一个zone的写入队列深度不能超过1,为了解决这个问题,ZNS提供了append(附加写入)和ZRWA(分区随机写入区)两种写入模式。其一,Append写入模式。Append命令将由SSD决定写入的LBA,并返回给用户,这样消除了主机软件间的zone写入位置竞争问题。其二,ZRWA允许在SSD缓存中对数据进行随机写入和就地覆盖。与Zone Append命令相比,这种方法应用在SSD上需要更多的资源。

普通SSD与ZNS SSD的区别

普通SSD产品,文件不能被驱动器分开写入,最终导致具有不同生存期的文件被存储在相同的erase单元中,而ZNS SSD支持主机与存储设备协作放置数据,可以实现应用程序控制区域中的数据放置,即分区存储。

ZNS SSD主要是为了能够充分利用底层介质的存储容量,同时发挥介质本身的特性优势,例如,ZNS针对QLC NAND闪存SSD,它可以根据数据的类型和访问频率采用不同的数据分区方式,以减少整体写放大,从而延长硬盘寿命,同时,还可以改进的I/O访问延迟,支持主机与存储设备协作放置数据,展示了普通SSD与ZNS区别。

ZNS SSD要求所有zone只能順序写入,不能出现复写操作,重新使用前需要对zone执行zone reset命令等,所以应用及驱动都需要更多地配合ZNS SSD,不过当前许多存储系统及开源工具都已经完成了对ZNS SSD的适配与支持。

相比普通SSD产品,ZNS SSD主要有以下优势:消除了SSD的GC(垃圾回收)进程的WAF(写入放大);消除了传统的OP(预留空间)空间;由于较小的映射表;DRAM(非易失性存储)更少;更高的吞吐量和更低的延迟、大幅提升SSD盘寿命。

ZNS存储技术针对的是云场景应用,主适用于大容量空间存储的数据,例如高清视频、图像等。浪潮存储SSD研发团队与云服务提供商紧密合作,对其软件堆栈进行自上而下的优化,完成了业务适配和定制化SSD开发,实现了分区存储,技术实力得到了用户高度认可,满足业务发展需求的同时,TCO总体拥有成本大幅降低,为用户带来了可观的经济效益。浪潮自研ZNS全新架构SSD,在容量、寿命、成本、易用性、性能等方面实现了飞跃式提升。

■成本优势

对比普通SSD,同等容量的浪潮ZNS SSD对DRAM的需求更少,DDR成本缩减97%;SSD内部OP空间极大降低,容量提升34%,释放更多的容量给存储系统;降低了SSD的写放大,提高了DWPD(驱动器日写入量),将SSD寿命提升70%。

■性能优势

浪潮ZNS SSD通过zone在物理层面上的隔离,可以极大地降低写入时延、提高吞吐量,写入放大可以降低至接近1,以此提供更多的带宽给用户。ZNS SSD的全部资源用于应用的读写,其性能整体提升210%。

浪潮将秉承“云存智用 运筹新数据”的存储理念,发力分布式存储和全闪存储两大存储平台之外,不断推出更高性能、更大容量的固态盘,实现从存储部件到存储系统的全面创新,加速企业数字化转型。

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