Zoned Storage

Capacità superiori, costo totale di proprietà più basso e qualità del servizio più alta

La crescente domanda legata alle capacità di storage dei data center

I volumi dei dati generati da aziende, macchine e contenuti creati dai consumatori continuano ad alimentare la domanda di capacità di storage da parte dei data center su scala petabyte, exabyte e persino zettabyte. Oggi, le infrastrutture di dati a larga scala utilizzano già decine di migliaia di SSD e HDD. Gestire l’enorme mole di dati a costi contenuti sta diventando velocemente un requisito.

I vantaggi dello zoned storage per i data center

Zoned Storage è un’iniziativa open source e basata su standard che offre ai data center una scalabilità efficiente, in previsione dell’era degli zettabyte di capacità di storage. Sono due le tecnologie alla base dello zoned storage: la Shingled Magnetic Recording (SMR) negli HDD e gli Zoned Namespaces (ZNS) nelle SSD.

I dispositivi zoned storage, come le SSD ZNS, vengono suddivisi in zone, semplificando notevolmente l’architettura dell’unità e riducendo al minimo la necessità di una gestione complessa dei dati. Con uno stack di software unificato, l’host è in grado di posizionare in maniera intelligente i dati in diverse zone, il che comporta dei vantaggi fondamentali:

Capacità superiori

Densità e scalabilità maggiori poiché l’over-provisioning non è praticamente necessario

Costi ridotti

I requisiti della DRAM e le funzioni logiche di supporto vengono significativamente ridotti

Qualità del servizio più elevata

Con una necessità minima di garbage collection, il controller del dispositivo può rispondere più rapidamente

Resistenza superiore

Poiché i dati non vengono riscritti di continuo, il livello di resistenza aumenta

L’implementazione dello zoned storage sull’host permette al software e all’hardware di sistema di collaborare più efficientemente, eliminando i molteplici livelli (duplicati) di indirizzamento indiretto per la mappatura da logica a fisica tra host e controller SSD e file system sul dispositivo. La tecnologia ZNS riduce inoltre la necessità dell’over-provisioning ed elimina le problematiche riguardanti l’amplificazione della scrittura e la variabilità della qualità del servizio. In breve, la tecnologia ZNS intende risolvere i problemi legati alla scalabilità, alla qualità del servizio e al costo totale di proprietà che rappresentano un ostacolo per le tradizionali SSD.

Lo zoned storage permette di raggiungere una scalabilità conveniente nell’era degli zettabyte

Lo zoned storage è rappresentato dalla tecnologia SMR per gli HDD e ZNS per le SSD. Zoned Named Spaces è un’estensione dello standard NVMe™. Questa tecnologia ci permette di realizzare SSD suddivise in zone simili agli HDD SMR, consentendo allo storage di HDD ed SSD di essere visualizzato come una tecnologia singola. Lo zoned storage sfrutta entrambe le tecnologie SMR e ZNS, oltre agli standard open source, per migliorare la scalabilità dei data center.

Grazie alla piattaforma software unificata, i dati possono essere posizionati in modo intelligente sia sugli HDD SMR che sulle SSD ZNS per aumentare la capacità di storage, ridurre il costo totale di gestione e migliorare la qualità del servizio. Con lo zoned storage, i data center e i fornitori di servizi cloud possono raggiungere una scalabilità più conveniente per l’era degli zettabyte.

Tradizionale

Il dispositivo controlla il posizionamento dei dati

A zone

Le applicazioni controllano il posizionamento dei dati in zone

Maggiori capacità tramite lo zoned storage

Introduzione

Le sfide delle SSD tradizionali

In un sistema di storage tradizionale, i dati vengono collocati su un’unità nel momento in cui vengono acquisiti. Poiché sempre più dati vengono scritti e cancellati, diventa essenziale gestirli in modo ottimale. Questo può mettere a dura prova l’unità, e compromettere la qualità del servizio, limitare la densità del dispositivo e aumentare i costi. Ad esempio, in un’unità SSD la gestione dei dati comprende:

Amplificazione della scrittura

Gli stessi dati host vengono riscritti più volte mentre i dati vengono trasferiti sull’unità

Requisiti DRAM

Ampie quantità necessarie per gestire il caching dei dati in entrata e la mappatura da logica a fisica

Garbage Collection

Trasferire, ricomporre e cancellare i dati per organizzarli meglio

Overprovisioning

Destinare spazio di storage alle operazioni interne di garbage collection

ZNS

Che cosa è un ZNS?

ZNS è l’acronimo di Zoned Namespaces. Si tratta di uno standard del gruppo NVM Express per la suddivisione in zone delle SSD. Già nel 2018 sono emersi chiaramente i punti di collegamento tra i limiti dei blocchi di cancellazione della flash NAND raw e quelli degli HDD SMR. Con l’obiettivo di creare uno standard per la suddivisione in zone delle SSD simile a quello degli HDD SMR, Western Digital ha proposto il concetto di Zoned Namespaces. ZNS amplia l’attuale modello a zone degli HDD SMR per sfruttare lo stack di storage a zone su Linux e altri ecosistemi software. Servendosi di un’infrastruttura software comune, i dispositivi ZNS e SMR possono essere incorporati in data center e sistemi aziendali. Tutte le attività di gestione dei dati che sono difficili da amministrare internamente per un controller SSD possono essere svolte se vengono invece gestite dal sistema host. L’architettura di una SSD ZNS offre i seguenti vantaggi: