Zoned Storage

ความจุสูง, TCO ต่ำ และปรับปรุงคุณภาพการบริการ

ความต้องการขีดความจุของอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลของศูนย์ข้อมูลยิ่งเพิ่มขึ้น

ปริมาณข้อมูลที่สร้างขึ้นโดยองค์กร เครื่องคอมพิวเตอร์ และเนื้อหาที่สร้างโดยผู้บริโภคยังคงขับเคลื่อนความต้องการขีดความจุของอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลที่ศูนย์ข้อมูลในระดับเพตะไบต์ เอ็กซะไบต์ และแม้แต่เซตตะไบต์ ปัจจุบันโครงสร้างพื้นฐานของข้อมูลระดับใหญ่นั้นต้องใช้ SSD และ HDD หลายหมื่นตัวเลยทีเดียว การจัดการข้อมูลปริมาณสูงสุดให้คุ้มทุนเริ่มกลายเป็นที่ต้องการอย่างรวดเร็ว

ประโยชน์ที่ได้รับจาก Zoned Storage สำหรับศูนย์ข้อมูล

Zoned Storage คือโครงการริเริ่มมาตรฐานแบบโอเพ่นซอร์สเพื่อช่วยให้ศูนย์ข้อมูลสามารถปรับขนาดเพื่อตอบรับยุคของความจุในการจัดเก็บข้อมูลระดับเซตตะไบต์ Zoned Storage ต้องอาศัยเทคโนโลยีสองแบบคือ Shingled Magnetic Recording (SMR) ใน HDD และ Zoned Namespaces (ZNS) ใน SSD

อุปกรณ์ Zoned Storage เช่น ZNS SSD จะถูกแบ่งออกเป็นสองโซน เพื่อทำให้สถาปัตยกรรมของไดรฟ์เรียบง่ายขึ้นและลดความจำเป็นในการจัดการข้อมูลที่ซับซ้อนลงอย่างมีนัยสำคัญ ด้วยสแต็กซอฟต์แวร์แบบรวม ทำให้โฮสต์สามารถจัดวางข้อมูลในโซนต่างๆ อย่างชาญฉลาดเพื่อช่วยให้ได้รับประโยชน์ที่สำคัญ ดังนี้

เพิ่มความจุ

สิ่งสำคัญคือความหนาแน่นและสเกลที่สูงขึ้นโดยไม่มี Over-provisioning โดยรวม

ลดค่าใช้จ่าย

ความต้องการ DRAM ที่ลดลงอย่างมีนัยสำคัญและต้องใช้ฟังก์ชันลอจิกมาสนับสนุนเพียงไม่กี่ฟังก์ชัน

ปรับปรุงคุณภาพการบริการ

ด้วยการจัดเก็บขยะที่น้อยที่สุด ทำให้ตัวควบคุมอุปกรณ์สามารถตอบสนองได้เร็วกว่า

เพิ่มความทนทาน

เพราะข้อมูลไม่ถูกเขียนทับอยู่เรื่อยๆ จึงช่วยเพิ่มความทนทาน

การใช้ Zoned Storage ในโฮสต์ช่วยให้ซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์ระบบสามารถทำงานร่วมกันได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น โดยการขจัดความอ้อมค้อมในระดับต่างๆ (ซ้ำซ้อน) ที่จำเป็นสำหรับการแม็ปทางกายภาพระหว่างโฮสต์กับตัวควบคุม SSD และระบบไฟล์ไปยังอุปกรณ์ นอกจากนี้ ZNS ยังลดความจำเป็นของ Over-provisioning และขจัดปัญหาที่เกี่ยวข้องกับ Write Amplification และความผันแปรของคุณภาพการบริการ กล่าวโดยย่อก็คือ ZNS จะแก้ไขปัญหาเรื่องสเกล คุณภาพการบริการ และ TCO ที่เป็นอุปสรรคของ SSD แบบเก่า

Zoned Storage ช่วยให้การกำหนดสเกลของอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลมีความคุ้มค่าสำหรับยุคเซตตะไบต์

Zoned Storage ประกอบด้วย SMR สำหรับ HDD และ ZNS สำหรับ SSD Zoned Named Spaces คือส่วนขยายของมาตรฐาน NVMe™ เทคโนโลยีนี้ช่วยให้เราสามารถนำเสนอ SSD ให้มีการจัดโซนคล้ายกับ SMR HDD จึงช่วยให้อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล HDD และ SSD ดูราวกับเป็นเทคโนโลยีเดียวกัน Zoned Storage ใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีทั้ง SMR และ ZNS รวมทั้งมาตรฐานโอเพ่นซอร์สเพื่อปรับปรุงการกำหนดสเกลของศูนย์ข้อมูล

ด้วยเค้าโครงซอฟต์แวร์ที่รวมเข้าด้วยกัน ทำให้ข้อมูลได้รับการวางตำแหน่งอย่างชาญฉลาดทั้งใน SMR HDD และ ZNS SSD เพื่อเพิ่มความจุในการจัดเก็บข้อมูล ลดต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของ (TCO) และปรับปรุงคุณภาพการบริการ (QoS) ด้วย Zoned Storage ศูนย์ข้อมูลและผู้ให้บริการระบบคลาวด์สามารถกำหนดสเกลของอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลได้อย่างคุ้มค่ามากขึ้นสำหรับยุคเซตตะไบต์

แบบเก่า

อุปกรณ์ควบคุมการวางตำแหน่งของข้อมูล

แบบจัดโซน

แอปพลิเคชันควบคุมการวางตำแหน่งของข้อมูลในโซนต่างๆ

เพิ่มขีดความจุด้วย Zoned Storage

บทนำ

ความท้าทายของ SSD ทั่วไป

อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลแบบดั้งเดิม ข้อมูลจะถูกบันทึกลงในไดรฟ์เมื่อมาถึง ยิ่งข้อมูลถูกเขียนและลบทิ้งมากขึ้นเท่าไร ยิ่งจำเป็นจะต้องมีการจัดการข้อมูล การดำเนินการที่จำเป็นเหล่านี้จะสร้างภาระให้ไดรฟ์และส่งผลกระทบแง่ลบต่อคุณภาพการบริการ, จำกัดความหนาแน่นของอุปกรณ์ และเพิ่มค่าใช้จ่าย ตัวอย่าง การจัดการข้อมูลใน SSD ได้แก่

Write Amplification

ข้อมูลโฮสต์เดิมถูกเขียนทับหลายครั้งขณะที่ข้อมูลย้ายตำแหน่งในไดรฟ์

ข้อกำหนด DRAM

จำเป็นต้องมีปริมาณมากเพื่อจัดการกับการแคชข้อมูลที่เข้ามาและทำให้สามารถแม็ปทางกายภาพได้

การรวบรวมขยะ

การย้าย การรวมเข้าด้วยกันใหม่ และการลบข้อมูลเพื่อจัดระบบข้อมูลให้ดีขึ้น

การกันพื้นที่จัดเก็บ (Over Provisioning)

การสำรองพื้นที่จัดเก็บขยะภายใน

ZNS

ZNS คืออะไร

ZNS ย่อมาจากคำว่า Zoned Namespaces ซึ่งเป็นมาตรฐานของ NVM Express Consortium ในการจัดโซนของ SSD ย้อนไปในปี 2018 การผนึกกำลังกันระหว่างแฟลช NAND แบบรอว์ช่วยขจัดขีดจำกัดของบล็อกและของ SMR HDD ปรากฏให้เห็นชัดเจน ด้วยความมุ่งมั่นที่จะสร้างมาตรฐานการจัดโซน SSD (เช่นเดียวกับ SMR HDD) ทำให้ Western Digital เสนอแนวคิดเกี่ยวกับ Zoned Namespaces ZNS ได้ขยายแบบจำลองของโซน SMR HDD ที่มีอยู่ในปัจจุบันเพื่อให้ได้รับประโยชน์จาก Zone Storage ที่วางซ้อนกันซึ่งใช้งานเต็มที่แล้วใน Linux และระบบนิเวศซอฟต์แวร์อื่นๆ ด้วยการใช้ประโยชน์จากโครงสร้างพื้นฐานซอฟต์แวร์ที่ใช้งานร่วมกัน ทำให้ทั้ง ZNS และอุปกรณ์ SMR สามารถนำมารวมเข้าไว้ในระบบของศูนย์ข้อมูลและขององค์กรได้ ภาระด้านการจัดการข้อมูลทั้งหมดที่ยังเป็นปัญหาสำหรับตัวควบคุม SSD ในการจัดการเป็นการภายในสามารถได้รับการแก้ไข หากภาระงานเหล่านี้ถูกดำเนินการโดยระบบโฮสต์แทน สถาปัตยกรรมของ ZNS SSD ให้ประโยชน์ต่างๆ ดังนี้