سيعمل النظام على تقليل تكاليف الطاقة بمقدار النصف.
/ صورة CC BY-SA
لماذا نحتاج إلى بنية جديدة؟
بحلول عام 2030، ستستهلك الأجهزة الإلكترونية 40% من إجمالي الطاقة المولدة على الكوكب. سيأتي ما يقرب من 20٪ من هذا الحجم من قطاع تكنولوجيا المعلومات ومراكز البيانات. بواسطة ووفقا للمحللين الأوروبيين، فإن مراكز البيانات "تأخذ" بالفعل 1,4% من إجمالي الكهرباء. ومن المتوقع أن هذا .
يستهلك تخزين SSD جزءًا كبيرًا من الكهرباء. في الفترة من 2012 إلى 2017، ارتفعت حصة محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة في مراكز البيانات . على الرغم من أن محركات أقراص SSD تستهلك طاقة أقل بمقدار الثلث () مقارنة بمحركات الأقراص الصلبة، تظل فواتير الكهرباء كبيرة على نطاق مراكز البيانات.
لتقليل استهلاك الطاقة لمحركات الأقراص ذات الحالة الصلبة في مركز البيانات، قام مهندسون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) بتطوير بنية تخزين SSD جديدة. يطلق عليه اسم LightStore ويسمح لك بتوصيل محركات الأقراص مباشرة بشبكة مركز البيانات، وتجاوز خوادم التخزين. بواسطة المؤلفين، فإن النظام سوف يقلل من تكاليف الطاقة بمقدار النصف.
كيف يعمل هذا؟
LightStore هو مخزن قيمة لمفتاح فلاش يقوم بتعيين طلبات المستخدم لمحركات الأقراص كمفاتيح. ثم يتم إرسالها بعد ذلك إلى الخادم، الذي يقوم بتحرير البيانات المرتبطة بهذا المفتاح.
نظام معالج مدمج موفر للطاقة وذاكرة DRAM وذاكرة NAND. يتم التحكم فيه بواسطة وحدة تحكم وبرامج خاصة. وحدة التحكم مسؤولة عن العمل مع صفائف NAND، والبرنامج مسؤول عن معالجة طلبات KV وتخزين أزواج المفاتيح. تم بناء بنية البرنامج على هذا الأساس ، والذي يستخدم في العديد من أنظمة إدارة قواعد البيانات الحديثة.
يمكن تمثيل مخطط الهندسة المعمارية على النحو التالي:
يوضح الرسم التخطيطي المكونات الأساسية لـ LightStore. تعمل مجموعة العقدة على أزواج قيمة المفتاح. ترتبط خوادم التطبيقات بالنظام باستخدام المحولات. يقومون بتحويل طلبات العميل (مثل fread() من POSIX API) إلى طلبات KV. تحتوي البنية أيضًا على محولات منفصلة لـ والحظر (استنادًا إلى وحدة BUSE) وتخزين الملفات.
عند توزيع الطلبات، يستخدم المحول . يتم استخدامه في أنظمة مثل Redis أو Swift. باستخدام مفتاح طلب KV، يقوم المحول بإنشاء مفتاح تجزئة تحدد قيمته العقدة المستهدفة.
يتم قياس سعة مجموعة LightStore خطيًا - ما عليك سوى توصيل العقد الإضافية بالشبكة. في بعض الحالات، قد تحتاج إلى شراء مفاتيح جديدة. ومع ذلك، قام المطورون بتجهيز كل عقدة بفتحات إضافية لتوصيل شرائح NAND.
إمكانات العمارة
يقول مهندسو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) إن الحل القائم على LightStore لديه إنتاجية تبلغ 620 ميجابت في الثانية عبر 10 جيجابت إيثرنت. تستهلك العقدة الواحدة 10 واط بدلاً من 20 واط المعتاد (في أنظمة SSD التي تستخدمها مراكز البيانات اليوم). وبالإضافة إلى ذلك، فإن المعدات تشغل نصف المساحة.
الآن يقوم المطورون بوضع اللمسات الأخيرة على بعض الجوانب. على سبيل المثال، لا يمكن لـ LightStore العمل مع استعلامات النطاق والاستعلامات الصغيرة. ستتم إضافة هذه الميزات في المستقبل، حيث يستخدم LightStore أشجار LSM. أيضًا، لا يزال النظام يحتوي على مجموعة محدودة من المحولات - يتم دعم محولات YCSB ومحولات الكتلة. في المستقبل، سيكون LightStore قادرًا على معالجة استعلامات SQL وما إلى ذلك.
تطورات أخرى
في صيف عام 2018، قدمت شركة Marvell، وهي شركة لتطوير وحدات التخزين، خطًا جديدًا من وحدات تحكم SSD المعتمدة على أنظمة الذكاء الاصطناعي. قام المطورون بدمج مسرعات التعلم العميق NVIDIA في وحدات التحكم القياسية لمراكز البيانات وتطبيقات العملاء. ونتيجة لذلك، قاموا بإنشاء بنية قائمة بذاتها تستهلك طاقة أقل مقارنة بوحدات تحكم SSD الكلاسيكية. وتأمل الشركة أن يجد النظام تطبيقًا في الحوسبة المتطورة، وتحليلات البيانات الضخمة، وإنترنت الأشياء.
تم مؤخرًا تحديث خط محركات الأقراص Western Digital Blue. في أبريل، قدم المطورون حلا - WD Blue SSD بناء على تقنيات SanDisk، والتي حصلت عليها WD قبل عام. توفر محركات أقراص WD Blue SSD المحدثة أداءً محسنًا وكفاءة في استخدام الطاقة. تم بناء الهندسة المعمارية على أساس المواصفات ، والذي يوفر الوصول إلى محركات أقراص SSD المتصلة عبر PCI Express.
تعمل هذه المواصفات على تحسين كفاءة محركات أقراص SSD مع عدد كبير من الطلبات المتزامنة وتسريع الوصول إلى البيانات. بالإضافة إلى ذلك، يتيح لك NVMe توحيد واجهة SSD - المزيد لمصنعي الأجهزة لتطوير محركات وموصلات وعوامل شكل فريدة.
آفاق
يتجه سوق SSD لمراكز البيانات نحو الهندسة المعمارية المبسطة، وأتمتة مكونات التخزين، وزيادة كفاءة الطاقة. إن تطوير المهندسين من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا يحل المشكلة الأخيرة. المؤلفون سيصبح LightStore هو المعيار الصناعي لتخزين SSD في مراكز البيانات. ويمكننا أن نفترض أنه في المستقبل ستظهر بنيات جديدة أكثر كفاءة بناءً عليها.
عدة مواد من المدونة الأولى حول IaaS للشركات:
المصدر: www.habr.com