Zoned Storage

Емкость выше, стоимость владения ниже, качество обслуживания лучше

Растущий спрос на емкие накопители в центрах обработки данных

Объемы данных, создаваемые предприятиями, машинами и потребительским контентом, по-прежнему стимулируют спрос на емкие накопители в центрах обработки данных в масштабе петабайт, эксабайт и даже зеттабайт. Сегодня в крупномасштабной инфраструктуре данных уже используются десятки тысяч твердотельных накопителей и жестких дисков. Экономически эффективное управление огромными объемами данных становится обязательным требованием.

Преимущества зонального хранения данных для центра обработки данных

Zoned Storage (зональное хранение данных) — это основанная на стандартах парадигма с открытым исходным кодом, позволяющая центрам обработки данных эффективно масштабироваться в эпоху накопителей данных в размере зеттабайтов. В основе зонального хранения данных лежат две технологии: черепичная магнитная запись (SMR) на жестких дисках и зональные пространства имен (ZNS) на твердотельных накопителях.

Устройства с зональным хранением данных, такие как твердотельные накопители с ZNS, разделены на зоны, что значительно упрощает архитектуру дисков и сводит к минимуму необходимость в сложном управлении данными. Благодаря унифицированному комплекту программных средств хост может разумно размещать данные в разных зонах, что обеспечивает такие ключевые преимущества:

увеличение емкости;

более высокая плотность и масштаб, поскольку дополнительное выделение ресурсов практически не требуется;

снижение стоимости;

значительное снижение требований к динамической памяти с произвольным доступом и количеству вспомогательных логических функций;

улучшенное обслуживание;

более быстрое реагирование контроллера устройства благодаря минимальному сбору ненужных данных;

повышенный рабочий ресурс;

Рабочий ресурс повышается, поскольку данные не перезаписываются постоянно.

Реализация парадигмы Zoned Storage на хосте позволяет системному программному и аппаратному обеспечению работать вместе более эффективно, устраняя множественные (дублированные) уровни использования косвенной адресации, необходимые для логического и физического соответствия между хостом и контроллером твердотельного накопителя, а также файловой системой на устройстве. Технология ZNS также снижает потребность в дополнительном выделении ресурсов и устраняет проблемы, связанные с усилением записи и качеством обслуживания. Технология ZNS решает проблемы масштабирования, качества обслуживания и совокупной стоимости владения, которые препятствуют использованию обычных твердотельных накопителей.

Парадигма Zoned Storage обеспечивает экономичное масштабирование накопителя в эпоху данных в размере зеттабайт

Парадигма Zoned Storage состоит из SMR для жестких дисков и ZNS для твердотельных накопителей. Zoned Named Spaces (зональные пространства имен) — это расширение стандарта NVMe™. Эта технология позволяет нам предлагать твердотельные накопители, которые зонируются аналогично жестким дискам с SMR, тем самым позволяя рассматривать жесткие диски и твердотельные накопители так, как если бы это была одна технология. Парадигма Zoned Storage использует технологии SMR и ZNS, а также стандарты с открытым исходным кодом для повышения масштабируемости центра обработки данных.

Унифицированная программная среда позволяет размещать данные на жестких дисках с технологией SMR и твердотельных накопителях с технологией ZNS, разумно используя пространство и тем самым увеличивая емкость накопителя, а также снизить полную стоимость владения (TCO) и улучшить качество обслуживания (QoS). Благодаря парадигме Zoned Storage центры обработки данных и поставщики облачных услуг могут более экономично масштабировать накопители в эпоху данных в размере зеттабайт.

Традиционное хранение данных

Устройство контролирует размещение данных

Зональное хранение данных

Приложения контролируют размещение данных в зонах

Увеличение емкости за счет технологии Zoned Storage

Общие сведения

Сложности, связанные с использованием обычных твердотельных накопителей

В обыкновенном хранилище данные помещаются на диск по мере их поступления. Поскольку все больше данных записывается и удаляется, необходимо управление данными. Эти необходимые действия могут увеличить нагрузку на накопитель и отрицательно сказаться на качестве эксплуатации, ограничить плотность устройств и увеличить стоимость. Например, в твердотельных накопителях управление данными включает:

Проблема увеличения объема записи

Одни и те же данные хоста перезаписываются несколько раз по мере перемещения данных на диске

Требования к динамической оперативной памяти

Большие объемы, необходимые для управления кэшированием входящих данных и преобразования логического в физическое

Проблема сбора ненужных данных

Перемещение, перемешивание и удаление данных для лучшей организации данных

Проблема избыточного выделения ресурсов

Сохранение места для внутреннего сбора ненужных данных

ZNS

Что такое ZNS?

ZNS — это аббревиатура от Zoned Namespaces (зональные пространства имен). Это стандарт NVM Express Consortium для зонирования твердотельных накопителей. Еще в 2018 году стала очевидна взаимосвязь между ограничениями блока стирания флэш-памяти NAND, содержащей исходные данные, и ограничениями жестких дисков с технологией SMR. С целью создать стандарт для зонирования твердотельных накопителей, аналогичных жестким дискам с технологией SMR, компания Western Digital предложила концепцию Zoned Namespaces. ZNS расширяет существующую модель зонирования жестких дисков с технологией SMR, чтобы использовать преимущества продуманных зональных хранилищ Linux и других программных экосистем. Используя общую программную инфраструктуру, устройства с технологиями ZNS и SMR можно интегрировать в центры обработки данных и корпоративные системы. Все задачи управления данными, которые проблематичны для внутренней обработки контроллером твердотельного накопителя, могут быть решены, если данные будут обрабатываться хост-системой. Архитектура твердотельного накопителя с технологией ZNS обеспечивает следующие преимущества: