Zoned Storage

Mayores capacidades, menor coste total de la propiedad y calidad del servicio mejorada

Creciente demanda de capacidades de almacenamiento para centros de datos

Los volúmenes de datos que crean las empresas, las máquinas y el contenido generado por los consumidores siguen aumentando la demanda de capacidades de almacenamiento de centros de datos a escala de petabyte, exabyte e incluso zettabyte. Actualmente, las infraestructuras de datos a gran escala ya utilizan decenas de miles de SSD y HDD. Gestionar datos a gran escala de forma asequible se está convirtiendo rápidamente en una exigencia.

Ventajas de Zoned Storage para el centro de datos

Zoned Storage (almacenamiento por zonas) es una iniciativa de código abierto y basada en estándares que permite a los centros de datos escalar de manera eficiente en la era de la capacidad de almacenamiento en zettabytes. Hay dos tecnologías detrás de Zoned Storage: la grabación magnética escalonada (SMR) en HDD y los espacios de nombres por zonas (ZNS) en SSD.

Los dispositivos Zoned Storage, como los SSD con ZNS, se dividen en zonas, lo que simplifica considerablemente la arquitectura del disco y minimiza la necesidad de una gestión de datos compleja. Con una pila de software unificada, el dispositivo puede colocar de forma inteligente los datos en distintas zonas, lo que hace posible las siguientes ventajas principales:

Aumento de las capacidades

Mayor densidad y escala, ya que prácticamente no se requiere sobreaprovisionamiento

Reducción de costes

Se exigen bastantes menos requisitos de DRAM y menos funciones lógicas de soporte

Mejora de la calidad del servicio

Con una mínima recolección de basura requerida, el controlador del dispositivo puede responder más rápido

Mayor resistencia

Se mejora la resistencia, ya que los datos no se reescriben constantemente

La implementación de Zoned Storage en el dispositivo permite que el software y el hardware del sistema trabajen conjuntamente de forma más eficiente eliminando los múltiples niveles de direccionamiento indirecto (duplicados) requeridos para la asignación lógica a física entre el dispositivo y el controlador de SSD, y el sistema de archivos del dispositivo. ZNS también reduce la necesidad de capacidad adicional y elimina los problemas relacionados con la amplificación de escritura y la variabilidad en la calidad del servicio. En resumen, ZNS aborda los problemas de escala, calidad del servicio y coste total de la propiedad que perjudican a los SSD convencionales.

Zoned Storage permite escalar el almacenamiento de forma rentable en la era del zettabyte.

Zoned Storage consta de SMR para HDD y de ZNS para SSD. Zoned Named Spaces (espacios de nombres por zonas) es una extensión del estándar NVMe™. Esta tecnología nos permite ofrecer unidades SSD que están divididas de manera similar a las unidades HDD con SMR, lo que permite que el almacenamiento de HDD y SSD se perciba como si se tratara de una sola tecnología. Zoned Storage aprovecha las tecnologías SMR y ZNS, y los estándares de código abierto para mejorar el escalado de los centros de datos.

Con un marco de software unificado, los datos se pueden colocar de forma inteligente en discos duros con SMR y en discos de estado sólido con ZNS para aumentar la capacidad de almacenamiento, reducir el coste total de propiedad (TCO) y mejorar la calidad de servicio (QoS). Con Zoned Storage, los centros de datos y los proveedores de la nube pueden escalar de forma más rentable el almacenamiento en la era del zettabyte.

Convencional

El dispositivo controla la ubicación de los datos

Por zonas

Las aplicaciones controlan la ubicación de los datos por zonas

Aumento de las capacidades con Zoned Storage

Introducción

Retos de los SSD convencionales

En el almacenamiento tradicional, los datos se guardan en un disco a medida que llegan. Conforme se graban y eliminan más datos, la gestión de los mismos resulta necesaria. Estas acciones pueden producir una sobrecarga en el disco y tener un impacto negativo en la calidad del servicio, limitar la densidad del dispositivo y aumentar los costes. Por ejemplo, en un SSD, la gestión de los datos incluye lo siguiente:

Amplificación de escritura

Se reescriben varias veces los mismos datos del dispositivo a medida que se van moviendo en el disco

Requisitos DRAM

Se requieren grandes cantidades de memoria para gestionar el almacenamiento en caché de los datos entrantes y el mapeo lógico a físico.

Recolección de basura

Mover, volver a combinar y eliminar los datos para organizarlos mejor

Capacidad adicional

Reservar espacio de almacenamiento para la recolección de basura interna

ZNS

¿Qué es ZNS?

ZNS es el acrónimo de Zoned Namespaces (espacios de nombres por zonas). Se trata de un estándar del consorcio NVM Express para la zonificación de SSD. En 2018, las sinergias entre las restricciones de bloque de borrado de flash NAND sin formato y las de HDD con SMR eran evidentes. Con el deseo de crear un estándar para la zonificación de SSD, similar a los HDD con SMR, Western Digital propuso el concepto de Zoned Namespaces. ZNS amplía el modelo de zona HDD con SMR existente para beneficiarse de la pila avanzada de Zoned Storage en Linux y en otros ecosistemas de software. Al aprovechar una infraestructura de software común, los dispositivos ZNS y SMR se pueden incorporar a los sistemas empresariales y de centros de datos. Todas las tareas de gestión de datos que son problemáticas para que un controlador SSD las controle internamente pueden abordarse si las controla el sistema anfitrión. La arquitectura de un SSD con ZNS ofrece las siguientes ventajas: