Zoned Storage

Höhere Kapazitäten, geringere TCO und verbesserte QoS

Steigende Nachfrage nach Speicherkapazität von Rechenzentren

Unternehmen, Maschinen und Verbraucher erzeugen gigantische Datenmengen, weshalb in Rechenzentren die Nachfrage nach Speicherkapazitäten im Petabyte-, Exabyte- oder sogar Zettabyte-Bereich steigt. Bereits heute benötigen große Dateninfrastrukturen zehntausende SSDs und HDDs. Das effektive Management dieser extremen Datenmengen ist von entscheidender Bedeutung.

Vorteile von Zoned Storage im Rechenzentrum

Zoned Storage ist eine Open-Source-Initiative, die auf Branchenstandards beruht und es ermöglicht, Rechenzentren effizient auf einen Speicherumfang im Zettabyte-Bereich zu erweitern. Hinter Zoned Storage stehen zwei Technologien: Shingled Magnetic Recording (SMR) bei HDDs und Zoned Namespaces (ZNS) bei SSDs.

Zoned-Storage-Geräte wie ZNS-SSDs sind in verschiedene Zonen unterteilt, was die Laufwerksarchitektur erheblich vereinfacht und den Bedarf an komplexem Datenmanagement reduziert. Mit einem vereinheitlichten Software-Stack kann der Host Daten gezielt in verschiedenen Zonen platzieren. Dies bringt folgende wichtige Vorteile:

Höhere Speicherkapazität

Höhere Speicherdichte und Skalierung, da praktisch kein Over-Provisioning benötigt wird

Geringere Kosten

Erheblich weniger Bedarf an DRAM und weniger unterstützende Logikfunktionen

Verbesserte QoS

Dank minimaler Garbage Collection kann der Controller schneller arbeiten.

Höhere Dauerhaltbarkeit

Die Dauerhaltbarkeit steigt, da die Daten nicht konstant neu geschrieben werden müssen.

Die Implementierung von Zone Storage auf dem Host ermöglicht der Systemsoftware und -hardware effizienteres Zusammenwirken, da multiple (duplizierte) Ebenen der Dereferenzierung für das logische und physische Mapping zwischen Host und SSD-Controller und zwischen Dateisystem und Gerät entfallen. ZNS reduziert darüber hinaus den Bedarf an Over-Provisioning und beseitigt Probleme im Zusammenhang mit Schreibverstärkung und schwankender QoS. Kurz gesagt: ZNS löst die bei herkömmlichen SSDs bestehenden Probleme mit Skalierung, QoS und TCO.

Zoned Storage ermöglicht kostengünstige Speicherskalierung für das Zettabyte-Zeitalter.

Zoned Storage umfasst die Technologien SMR bei HDDs und ZNS bei SSDs. Zoned Named Spaces ist eine Erweiterung des NVMe™-Standards. Mithilfe dieser Technologie können wir SSDs anbieten, die ähnlich wie SMR-HDDs in Zonen unterteilt sind, sodass der gesamte Speicher, also HDDs und SSDs, wie eine einzige Technologie behandelt werden kann. Zoned Storage nutzt die Technologien SMR und ZNS sowie Open-Source-Standards zur optimierten Skalierung von Rechenzentren.

Mit einem einheitlichen Software-Framework lassen sich Daten intelligent sowohl auf SMR-HDDs als auch auf ZNS-SSDs speichern, um die Kapazität zu erhöhen, die TCO zu senken und die QoS zu steigern. Mit Zoned Storage realisieren Rechenzentren und Cloud-Anbieter kosteneffektivere Speicherskalierung für das Zettabyte-Zeitalter.

Konventionell

Gerät steuert die Datenplatzierung

Zoned

Anwendungen steuern die Datenplatzierung in Zonen

Höhere Kapazitäten durch Zoned Storage

Einführung

Technische Limitationen herkömmlicher SSD

Bei herkömmlichen Speichermedien werden die Daten auf dem Laufwerk in der Reihenfolge abgearbeitet, in der sie dort ankommen. Ab einer gewissen Menge von Schreib- und Löschvorgängen ist Datenmanagement erforderlich. Die damit verbundenen Vorgänge verlangsamen die Arbeit des Laufwerks, beeinträchtigen die QoS, begrenzen die Datendichte und verursachen zusätzliche Kosten. Das Datenmanagement bei einer SSD umfasst beispielsweise:

Write Amplification

Die Hostdaten werden beim Verschieben auf dem Laufwerk mehrfach neu geschrieben

DRAM-Anforderungen

Caching und Mapping logisch/physisch bei großen eingehenden Datenmengen

Garbage Collection

Optimierte Datenorganisation durch Verschieben, Rekombinieren und Löschen von Daten

Over-Provisioning

Reservierung von Speicherplatz für die Garbage Collection

ZNS

Was ist ZNS?

ZNS ist die Abkürzung für „Zoned Namespaces“. Es handelt sich dabei um eine Norm des Express Consortium zur Einteilung von SSD-Speicher in verschiedene Zonen. 2018 waren die Synergien zwischen den blockbedingten Einschränkungen von NAND-Flash-Speichern und denen von SMR HDD hinlänglich bekannt. Western Digital wollte einen Standard für die Zonenunterteilung von SSDs ähnlich dem SMR-Prinzip für HDDs schaffen und schlug das Konzept der Zoned Namespaces vor. ZNS erweitert das SMR-Zonenmodell bei HDDs und nutzt den ausgereiften und bewährten Zonenspeicher von Linux und anderen Software-Ökosystemen. Durch das Zurückgreifen auf eine gemeinsame Softwareinfrastruktur können ZNS- und SMR-Geräte nebeneinander in Rechenzentren und anderen Unternehmenssystemen genutzt werden. Alle für den SSD-Controller problematischen Datenmanagement-Aufgaben können extern vom Hostsystem bearbeitet werden. Die Architektur von ZNS SSD bietet folgende Vorteile: