A Western Digital anunciou hoje que está testando uma nova geração de SSDs para clientes selecionados – SSDs Zoned Namespaces (ZNS), especificamente o SSD Ultrastar DC ZN540 ZNS NVMe™. Veja por que os SSDs do ZNS são essenciais na evolução das arquiteturas centradas em dados à medida que entramos na era do zetabyte e alguns resultados de testes de aplicativos do mundo real.
O advento da nuvem, análises, IA e aprendizado de máquina tornaram as arquiteturas de aplicativos e sistemas extremamente complexas. As infraestruturas de dados em nuvem, borda e bilhões de dispositivos de endpoint estão criando um crescimento meteórico nos dados e aumentando a complexidade e o grau de heterogeneidade nos sistemas de computação.
Projetar sistemas para enfrentar os desafios descritos acima, nessa escala, realmente expõe e dilata quaisquer ineficiências, como utilização, inconsistências de desempenho, latências / QoS e custo. ZNS SSDs são SSDs enxutos que usam dispositivos de armazenamento de maneira mais eficiente. Eles oferecem ambientes de computação multi-tenant com uso intensivo de dados, novos níveis de desempenho (throughput e latências), melhor QoS, maior agilidade e eficiência com um TCO mais baixo.
Data centers de última geração
Computação heterogênea, interação homem-máquina e máquina-máquina e sistemas conectados vão gerar uma miríade de dados contextualizados à medida que esboçamos a visão para os futuros data centers. A questão mais urgente é obter o máximo valor e reduzir o custo de armazenamento e processamento de dados. Os sistemas e data centers, e seus parceiros de tecnologia, precisarão continuar a melhorar a agilidade e a resiliência, a capacidade de escala e a utilização, ao mesmo tempo que reduzem o TCO. O armazenamento zoneado é uma evolução importante e natural para atender a algumas dessas demandas de data center em escala e fornecer melhor desempenho e eficiência de forma consistente.
Então, vamos falar sobre ZNS e como ele permite que o Ultrastar DC ZN540 forneça até 4x de throughput e 2,5x QoS aprimorados em comparação com SSDs convencionais, quais aplicativos verão os melhores resultados e como ele pode reduzir o TCO do data center? Vamos começar.
SSDs convencionais vs. ZNS
SSDs convencionais são bons em operações de E / S aleatórias, mas têm uma vida útil finita com base em ciclos de programação / exclusão. Como tal, as duas áreas onde a indústria tem inovado constantemente em tecnologia SSD estão melhorando o desempenho e melhor gerenciamento de resistência. Vimos avanços na colocação de dados dentro de SSDs (com a ajuda da camada de tradução Flash e DRAM do dispositivo), gerenciamento de resistência e atividades em segundo plano usando SSD sobre provisionamento. No entanto, essas atividades computacionais no dispositivo geralmente levam a vizinhos barulhentos, maior amplificação de gravação e armazenamento e inconsistências de rendimento e QoS.
Armazenamento zoneado é um conceito aplicável a HDDs SMR e SSDs. São drives com um espaço de endereço, endereçamento de bloco lógico (LBA), dividido em zonas, que possuem características de E / S diferentes dos dispositivos de armazenamento convencionais. As zonas de dispositivos de armazenamento zoneados só gravam sequencialmente. Cada zona possui um ponteiro de gravação que rastreia a posição da próxima gravação. Os dados em uma zona não podem ser sobrescritos, eles devem primeiro ser apagados usando um comando especial (zerar zona) – Figura # 2.
Por que isso é importante? Mudando para o posicionamento seletivo de dados, pequenos blocos aleatórios de IOs para fluxos de dados sequenciais e transferindo o manuseio de dados e as responsabilidades de gerenciamento do dispositivo para o host, os SSDs podem reduzir a amplificação de gravação / armazenamento, diminuir DRAM e NAND onboard sobre provisionamento, melhorar o rendimento do dispositivo latências – Figura # 3.
Essas mudanças arquitetônicas fundamentais permitem, e irão acelerar, a adoção de mídia de menor resistência (QLC) nas infraestruturas de nuvem pública e privada. Para arquitetos de data center, esses benefícios reduzem significativamente o TCO do data center e melhoram a agilidade e a utilização do sistema sem muitas desvantagens.
O Ultrastar DC ZN540 mostra como, ao remover atividades em segundo plano, como a coleta de lixo, os SSDs ZNS podem oferecer até 4x de melhoria na largura de banda de gravação – Figura # 4. Além de uma melhoria significativa no rendimento, isso também reduz o TCO do nível do sistema, substituindo até 4x SSDs convencionais por 1x SSD ZNS, sem qualquer redução de rendimento em um ambiente multi-tenant.
A otimização da pilha HW-SW com ZNS também resultou em mais de 57% de latência e, portanto, em melhoria de QoS. Mais uma vez, isso também reduz o TCO do nível do sistema, substituindo até 4x SSDs convencionais por 1x SSD ZNS em aplicativos sensíveis à latência – Figura # 5.
Teste de Aplicação
Em seguida, os laboratórios da Western Digital avaliaram o desempenho das unidades ZNS em um ambiente de aplicativo do mundo real, como o RocksDB, um armazenamento persistente de valor-chave executado com mecanismo de armazenamento LSM-Tree. Os testes de laboratório indicam que os SSDs ZNS podem fornecer latências 2,5X mais baixas em comparação com a unidade convencional com sistema de arquivos F2FS executando 32 threads de leitura aleatória de pares de chave-valor – Figura # 6.
Além disso, nossos testes de laboratório também sugerem que os SSDs ZNS podem oferecer latências até 18,7x menores em comparação com a unidade convencional com sistema de arquivos XFS executando 32 threads de leitura aleatória e 1 thread de gravação de pares de chave-valor – Figura 7.
Essas melhorias não são, e não devem ser, limitadas apenas ao RocksDB. Existem vários outros bancos de dados que, se estiverem prontos para aproveitar o mecanismo de armazenamento LSM-Tree, podem aproveitar as vantagens dos SSDs ZNS. A Western Digital está atualmente trabalhando no MySQL para mostrar os benefícios semelhantes das traduções do MyRocks.
Conclusão
Zoned Storage e ZNS SSDs foram criados para revolucionar as arquiteturas de armazenamento e sistema para sistemas de computação heterogêneos de próxima geração. As novas arquiteturas irão expandir o valor dos SSDs e incluir fluxos de dados sequenciais em aplicativos, como armazenamento persistente de valores-chave para dados, metadados e treinamento de aprendizado de máquina, inferência e previsões. Além disso, os data centers estão se concentrando em melhorar as utilizações de pico a médio, alcançando respostas mais rápidas, preparando-se para o processamento de cargas de trabalho complexas futuras e reduzindo os TCOs. O Ultrastar DC ZN540 ZNS NVMe SSD está aumentando a evolução do armazenamento de próxima geração e arquiteturas de sistema, fornecendo maior rendimento, melhor QoS e reduzindo o TCO do sistema em escala.
Fonte: Western Digital BLOG
