Zoneopslag

Hogere capaciteiten, lagere TCO en verbeterde QoS

De toenemende vraag naar opslagcapaciteit voor datacenters

Gegevensvolumes die worden gecreëerd door ondernemingen, machines en door consumenten gegenereerde inhoud blijven zorgen voor een toenemende vraag naar opslagcapaciteit voor datacenters op het niveau van petabytes, exabytes en zelfs zettabytes. Vandaag de dag wordt in grootschalige gegevensinfrastructuur al gebruikgemaakt van tienduizenden SSD’s en HDD’s. Het op kosteneffectieve wijze beheren van de extreme schaal van gegevens groeit snel uit tot vereiste.

Voordelen van zoned storage voor het datacenter

Zoned storage is een open-source, op normen gebaseerd initiatief om datacenters in staat te stellen op efficiënte wijze te schalen voor het tijdperk waarin zettabyte opslagcapaciteiten nodig zijn. Er schuilen twee technologieën achter Zoned Storage, namelijk Shingled Magnetic Recording (SMR) in HDD’s en Zoned Namespaces (ZNS) in SSD’s.

Apparaten voor zoned storage, zoals ZNS SSD’s zijn onderverdeeld in zones, waardoor de drivearchitectuur aanzienlijk wordt vereenvoudigd en de behoefte aan complex gegevensbeheer tot een minimum wordt beperkt. Met een geharmoniseerde softwarestack kan de host op intelligente wijze gegevens in verschillende zones plaatsen, hetgeen de volgende belangrijke voordelen biedt:

Verhoogde capaciteiten

Hogere dichtheden en schaal aangezien vrijwel geen overprovisionering is vereist

Lagere kosten

Aanzienlijk geringere DRAM-vereisten en minder functies voor ondersteuning van logica vereist

Verbeterde QoS

De apparaatcontroller kan sneller reageren omdat er minimale ‘garbage collection’ is vereist

Grotere duurzaamheid

Aangezien de gegevens niet steeds opnieuw worden geschreven, neemt de duurzaamheid toe

Bij implementatie van zoned storage op de host kunnen de systeemsoftware en hardware efficiënter samenwerken door een einde te maken aan de meerdere (gedupliceerde) informatieniveaus die zijn vereist voor toewijzing van logisch naar fysiek tussen de host en de SSD-controller en tussen het bestandssysteem en het apparaat. ZNS vermindert tevens de noodzakelijk van overprovisionering en maakt een einde aan de problemen vanwege schrijfamplificatie en variatie in QoS. Kortom, ZNS biedt een oplossing voor de problemen van schaalvergroting, QoS en TCO waar conventionele SSD’s last van hebben.

Zoned storage maakt kosteneffectieve schaling van opslag mogelijk voor het zettabyte-tijdperk

Zoned storage bestaat ui SMR voor HDD’s en ZNS voor SSD’s. Zoned Named Spaces is een uitbreiding van de NVMe™-norm. Deze technologie stelt ons in staat SSD’s aan te bieden die op vergelijkbare wijze in zones zijn ingedeeld als SMR HDD’s, waardoor HDD- en SSD-opslag naar buiten toe als één technologie worden gepresenteerd. Zoned storage maakt gebruik van zowel SMR- als ZNS-technologie en open-source normen om de schaling in datacenters te verbeteren.

Met een geharmoniseerd softwareframework kunnen gegevens op intelligente wijze op zowel SMR HDD’s als ZNS SSD’s worden opgenomen om de opslagcapaciteit te verhogen, de TCO te verlagen en de QoS te verbeteren. Met Zoned storage kunnen aanbieders van datacenters en cloudproviders op kosteneffectievere wijze opslag schalen voor het zettabyte-tijdperk.

Conventioneel

Apparaat regelt gegevensplaatsing

Zoned

Toepassingen regelen gegevensplaatsing in zones

Toegenomen capaciteiten realiseren via Zoned storage

Inleiding

Uitdagingen voor conventionele SSD’s

Bij traditionele opslag worden gegevens op een drive geplaatst zodra deze arriveren. Aangezien er steeds meer gegevens worden weggeschreven en verwijderd, is gegevensbeheer vereist. Deze noodzakelijke acties kunnen een zware wissel trekken op de drive en de QoS negatief beïnvloeden, de apparaatdichtheid beperken en tot extra kosten leiden. Zo omvat gegevensbeheer in een SSD bijvoorbeeld:

Schrijfamplificatie

Dezelfde hostgegevens worden meerdere keren opnieuw geschreven bij verplaatsing van de gegevens op de drive

DRAM-vereisten

Grote hoeveelheden nodig voor het beheren van de caching van binnenkomende gegevens en de toewijzing van logisch naar fysiek

‘Garbage collection’

Het verplaatsen, opnieuw combineren en verwijderen van gegevens om deze beter te ordenen

Overprovisionering

Het reserveren van opslagruimte voor interne ‘garbage collection’

ZNS

Wat is ZNS?

ZNS is een acroniem voor Zoned Namespaces. Het is een norm van het NVM Express Consortium voor het in zones onderverdelen van SSD’s. In 2018 waren de synergieën tussen de beperkingen voor onbewerkte NAND-flash erase blocks en die van SMR HDD’s duidelijk zichtbaar. Western Digital wilde graag een norm opstellen voor het in zones onderverdelen van SSD’s, op vergelijkbare wijze als bij SMR HDD’s, en stelde daarom het concept van Zoned Namespaces voor. ZNS breidt het bestaande SMR HDD-zonemodel uit om gebruik te maken van de volwassen stack voor zoneopslag in Linux en andere software-ecosystemen. Door een gemeenschappelijke infrastructuur te benutten, kunnen zowel ZNS- als SMR-apparaten worden opgenomen in datacenter- en ondernemingssystemen. Alle taken voor gegevensbeheer die problematisch zijn om intern te worden afgehandeld door een SSD-controller kunnen worden afgehandeld door het hostsysteem. De architectuur van een ZNS SSD biedt de volgende voordelen: