Zoned Storage

大容量、低TCO、高QoS

データセンターのストレージ容量に対する需要の増加

企業、機械、消費者が生成するコンテンツによって生み出されるデータ量により、データセンターにはペタバイト、エクサバイト、さらにはゼタバイトのスケールでのストレージ容量が引き続き強く求められています。現在、大規模なデータインフラストラクチャでは、すでに何万台ものSSDやHDDが使われています。極めて大規模なデータをコスト効率よく管理することが、早くも必須条件となりつつあります。

データセンターでのZoned Storageのメリット

Zoned Storageは、データセンターをゼタバイトのストレージ容量の時代に合わせて効率的に拡張できるようにするための、オープンソースの標準ベースのイニシアチブです。Zoned Storageの背後には、HDDの瓦書き磁気記録（SMR）とSSDのZoned Named Space（ZNS）という2つのテクノロジーがあります。

ZNS SSDのようなZoned Storageデバイスは、ゾーンに分割されているため、ドライブアーキテクチャが大幅に簡素化され、複雑なデータ管理の必要性を最小限に抑えることができます。ソフトウェアスタックが統一されており、ホストがデータを異なるゾーンにインテリジェントに配置することによって、これらの主要なメリットが実現されます。

容量の拡張

オーバープロビジョニングがほぼ不要なため、高密度化・高スケール化が可能です

コストの削減

必要なDRAMを大幅に削減できるため、サポートロジックの機能を減らすことができます

QoSの向上

必要なガベージコレクションを最小限に抑えることにより、デバイスコントローラーの応答速度が向上します

耐久性の向上

データを常に書き換えなくてもよいため、耐久性が向上します

ホスト上にZoned Storageを実装することにより、ホストとSSDコントローラー、ファイルシステムとデバイス間の論理的・物理的マッピングに必要な複数の（重複した）間接レベルを排除し、システムソフトウェアとハードウェアをより効率的に連携させることができます。また、ZNSによってオーバープロビジョニングの必要性が低減され、書き込みの増加やQoSのばらつきに関連する問題が解消されます。つまり、従来のSSDの障害となっていたスケール、QoS、TCOの問題がZNSによって解決されます。

Zoned Storageがゼタバイト時代のコスト効率のよいストレージ拡張を実現

Zoned Storageは、HDD用のSMRとSSD用のZNSで構成されます。Zoned Name Spaceは、NVMe™標準を拡張したものです。このテクノロジーを使用すると、SMR HDDと同じようにゾーン分割されたSSDを提供できるため、HDDとSSDのストレージを1つのテクノロジーとして認識させることができます。Zoned Storageは、SMRとZNSの両方のテクノロジーとオープンソースの標準を活用して、データセンターのスケーリングを強化します。

統合ソフトウェアフレームワークを使って、SMR HDDとZNS SSDの両方にデータをインテリジェントに配置すると、ストレージ容量の増大、TCOの削減、QoSの改善といったメリットが得られます。Zoned Storageにより、データセンターおよびクラウドプロバイダーは、ゼタバイト時代のストレージをよりコスト効率よく拡張できます。

従来

デバイスがデータ配置を制御

Zoned

アプリケーションがゾーン内のデータ配置を制御

Zoned Storageによる大容量化の実現

はじめに

従来のSSDの課題

従来のストレージでは、届いたデータはドライブに配置されます。データの書き込みや削除が増えると、データの管理が必要になります。このような必須アクションは、ドライブに負担をかけ、QoSに悪影響を与え、デバイスの密度を制限し、コストを増加させる可能性があります。例えば、SSDの場合、データ管理では以下のような点を考慮する必要があります。

書き込みの増加

ドライブのデータが移動すると、同じホストデータの再書き込みが複数回発生することになります

DRAMの要件

受信データのキャッシュと論理-物理マッピングを管理するために大量のDRAMが必要になります

ガベージコレクション

データの移動、再結合、削除を行うと、より効率的にデータを整理できます

オーバープロビジョニング

内部ガベージコレクションのためのストレージスペースを確保します

ZNS

ZNSの概要

ZNSは、Zoned Namespaces（ゾーン名前空間）の頭文字をとったものであり、SSDのゾーニングのためのNVM Express Consortium規格です。2018年当時、Raw NANDフラッシュの消去ブロックの制約とSMR HDDの消去ブロックの制約に相乗効果があるのではないかと考えられていました。SMR HDDのようにSSDをゾーニングする規格を作りたいという要望に応え、Western Digitalはゾーン名前空間という概念を提唱しました。ZNSを使用すると、既存のSMR HDDゾーンモデルを拡張し、Linuxや他のソフトウェアエコシステムの成熟したゾーンストレージスタックのメリットを利用できるようになります。共通のソフトウェアインフラストラクチャを活用すれば、ZNSとSMRの両方のデバイスをデータセンターやエンタープライズシステムに組み込むことができます。SSDコントローラーが内部で処理できないデータ管理作業は、すべてホストシステムが代わりに処理することで対応できます。ZNS SSDのアーキテクチャは、以下のようなメリットをもたらします。