北京2021年3月1日 /美通社/ -- 2021年年初,SSD固態(tài)盤(pán)價(jià)格受產(chǎn)能供應(yīng)緊缺因素影響開(kāi)始上漲,目前240GB SSD報(bào)價(jià)由24.2美元上漲至24.6美元;480GB SSD報(bào)價(jià)由44美元上漲至44.5美元。
面對(duì)SSD固態(tài)盤(pán)價(jià)格快速上漲,浪潮在固態(tài)盤(pán)方面持續(xù)創(chuàng)新,推出了新一代ZNS(Zoned Namespace,分區(qū)命名空間)SSD,在性能、容量、壽命、成本、易用性等方面實(shí)現(xiàn)了飛躍式提升。這是繼2019年IPF大會(huì)上浪潮存儲(chǔ)發(fā)布NVMe SSD固態(tài)盤(pán)之后,浪潮存儲(chǔ)在固態(tài)盤(pán)技術(shù)方面的全面升級(jí)。
什么是ZNS SSD?
ZNS SSD即分區(qū)命名空間固態(tài)硬盤(pán),ZNS 是從 OC(Open Channel,開(kāi)放通道)SSD基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的,實(shí)現(xiàn)了把FTL(Flash Translation Layer,閃存轉(zhuǎn)換層)從SSD內(nèi)部遷移到上層的Host端,把SSD內(nèi)部開(kāi)放給了Host端,這樣用戶可以根據(jù)自己需要,比較靈活的擁有自己特定的FTL,代價(jià)是軟件架構(gòu)必須重新設(shè)計(jì),成本非常高,對(duì)用戶技術(shù)實(shí)力要求也非常高。
ZNS協(xié)議將NVMe 2.0其中的一部分將進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,以滿足行業(yè)需求。相比之下ZNS SSD規(guī)范更加標(biāo)準(zhǔn),生態(tài)環(huán)境更加友好,簡(jiǎn)化了軟件架構(gòu),用戶可以更加容易地根據(jù)自身場(chǎng)景需求進(jìn)行特定軟件開(kāi)發(fā)。
ZNS SSD將FTL移至Host端進(jìn)行數(shù)據(jù)管理和I/O調(diào)度,NVMe ZNS提供了分區(qū)存儲(chǔ)設(shè)備接口,該接口允許SSD和主機(jī)在數(shù)據(jù)放置方面進(jìn)行協(xié)作,根據(jù)數(shù)據(jù)類型的不同選擇單獨(dú)的存放位置,從而可以將數(shù)據(jù)與SSD的物理介質(zhì)對(duì)齊,提高了總體性能并增加了主機(jī)能直接讀寫(xiě)的容量,并實(shí)現(xiàn)了I/O隔離。
ZNS規(guī)范中,將SSD namespace的整個(gè)LBA(logical block address,邏輯區(qū)塊地址)范圍劃分為若干個(gè)等長(zhǎng)的區(qū)間,等長(zhǎng)的LBA區(qū)間成為一個(gè)zone,每個(gè)zone內(nèi)必須以順序的方式進(jìn)行寫(xiě)入,每個(gè)zone有其獨(dú)立的狀態(tài)機(jī)進(jìn)行管理。
ZNS SSD內(nèi)部可以根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景將不同的zone與不同的物理位置進(jìn)行映射;configA是一種最有利于順序讀寫(xiě)的配置,這種方法可以保證讀寫(xiě)過(guò)程Die的并發(fā)性最好,一般來(lái)說(shuō)標(biāo)準(zhǔn)SSD都會(huì)按照這種方式寫(xiě)入。configB更有利于Latency敏感的場(chǎng)景,每個(gè)用戶控制自己的Die,從而減少相互之間的影響。
由于zone內(nèi)要求必須順序?qū)懭?,這樣在多線程寫(xiě)入同一個(gè)zone時(shí),線程之間會(huì)因?yàn)閷?xiě)入指針的競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致寫(xiě)入速度受限或者出現(xiàn)寫(xiě)入位置不正確的問(wèn)題,這樣同一個(gè)zone的寫(xiě)入隊(duì)列深度不能超過(guò)1,為了解決這個(gè)問(wèn)題,ZNS提供了append附加寫(xiě)和ZRWA(Zone Random Write Area,分區(qū)隨機(jī)寫(xiě)入?yún)^(qū))兩種寫(xiě)入模式:
其一,Append寫(xiě)入模式。Append命令將由SSD決定寫(xiě)入的LBA,并返回給用戶,這樣消除了主機(jī)軟件間的zone寫(xiě)入位置競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。
其二,ZRWA允許在SSD緩存中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)寫(xiě)入和就地覆蓋。與Zone Append命令相比,這種方法在SSD上需要更多的資源。
普通SSD VS ZNS SSD
普通SSD產(chǎn)品,文件不能被驅(qū)動(dòng)器分開(kāi)寫(xiě)入,最終導(dǎo)致具有不同生存期的文件被存儲(chǔ)在相同的erase單元中,而ZNS SSD支持主機(jī)與存儲(chǔ)設(shè)備協(xié)作放置數(shù)據(jù),可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序控制區(qū)域中的數(shù)據(jù)放置,即分區(qū)存儲(chǔ)。
ZNS SSD主要是為了能夠充分利用底層介質(zhì)的存儲(chǔ)容量,同時(shí)發(fā)揮介質(zhì)本身的特性優(yōu)勢(shì),例如ZNS針對(duì)QLC NAND閃存SSD,它可以根據(jù)數(shù)據(jù)的類型和訪問(wèn)頻率采用不同的數(shù)據(jù)分區(qū)方式,以減少整體寫(xiě)放大,從而延長(zhǎng)硬盤(pán)壽命,同時(shí),還可以改進(jìn)的I/O訪問(wèn)延遲,支持主機(jī)與存儲(chǔ)設(shè)備協(xié)作放置數(shù)據(jù),如下圖展示了普通SSD與ZNS區(qū)別。
ZNS SSD要求所有zone只能順序?qū)懭耄ɑ蛘遖ppend等),不能出現(xiàn)復(fù)寫(xiě)操作,重新使用前需要對(duì)zone執(zhí)行zone reset命令等,這樣應(yīng)用及驅(qū)動(dòng)都需要更多的配合ZNS SSD,不過(guò)當(dāng)前各大存儲(chǔ)系統(tǒng)及開(kāi)源工具都已經(jīng)或者計(jì)劃完成ZNS SSD的適配與支持,標(biāo)準(zhǔn)化的接口實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)大的軟件和硬件生態(tài)系統(tǒng)。
相比普通SSD產(chǎn)品,ZNS SSD主要有五大優(yōu)勢(shì):消除了SSD的GC(Garbage Collection,垃圾回收)進(jìn)程的WAF(Write Amplification,寫(xiě)放大)、消除了傳統(tǒng)的OP(Over provisioning,預(yù)留空間)空間、由于較小的映射表,DRAM更少、更高的吞吐量和更低的延遲、大幅提升SSD盤(pán)壽命。
浪潮ZNS SSD介紹
浪潮是國(guó)內(nèi)率先推出ZNS SSD全新架構(gòu)方案的廠商,ZNS存儲(chǔ)技術(shù)針對(duì)的是云場(chǎng)景應(yīng)用,主適用于大容量空間存儲(chǔ)的數(shù)據(jù),例如高清視頻、圖像等。
浪潮存儲(chǔ)SSD研發(fā)團(tuán)隊(duì)與云服務(wù)提供商緊密合作,對(duì)其軟件堆棧進(jìn)行自上而下的優(yōu)化,完成了業(yè)務(wù)適配和定制化SSD開(kāi)發(fā),實(shí)現(xiàn)了分區(qū)存儲(chǔ),技術(shù)實(shí)力得到了用戶高度認(rèn)可,滿足業(yè)務(wù)發(fā)展需求的同時(shí),TCO總體擁有成本大幅降低,為客戶帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
浪潮自研ZNS全新架構(gòu)SSD,在容量、壽命、成本、易用性、性能等方面實(shí)現(xiàn)了飛躍式提升,如下量化數(shù)字以8TB盤(pán)對(duì)標(biāo)浪潮NS8600G1 6.4TB容量點(diǎn)呈現(xiàn):
首先成本優(yōu)勢(shì),對(duì)比普通SSD,同等容量的浪潮ZNS SSD對(duì)DRAM的需求更少,DDR成本縮減97%;SSD內(nèi)部OP空間極大降低,容量提升34%,釋放更多的容量給存儲(chǔ)系統(tǒng);降低了SSD的寫(xiě)放大,提高了DWPD(Drive Writes Per Day,驅(qū)動(dòng)器日寫(xiě)入量),將SSD壽命提升70%;
其次性能優(yōu)勢(shì),浪潮ZNS SSD能夠顯著降低寫(xiě)延時(shí),通過(guò)zone在物理上的隔離,可以極大地降低寫(xiě)時(shí)延;提高吞吐量,寫(xiě)放大可以降低至接近于1,提供更多的帶寬給用戶,SSD全部資源用于應(yīng)用的讀寫(xiě),性能整體提升210%。
未來(lái)浪潮存儲(chǔ)將秉承“云存智用 運(yùn)籌新數(shù)據(jù)”的存儲(chǔ)理念,在發(fā)力分布式存儲(chǔ)和全閃存儲(chǔ)兩大存儲(chǔ)平臺(tái)之外,不斷推出更高性能、更大容量的SSD固態(tài)盤(pán),實(shí)現(xiàn)從存儲(chǔ)部件到存儲(chǔ)系統(tǒng)的全面創(chuàng)新,加速企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
作者:浪潮存儲(chǔ)產(chǎn)品經(jīng)理 宗崗崗、浪潮存儲(chǔ)SSD資深架構(gòu)師 趙寶林