🥇Нов тип SSD хранилища ще намали енергийното потребление в центровете за данни — как работи това

Системата ще намали разходите за електричество наполовина.

Защо е нужна нова архитектура

Според прогнозите на Data Centre Dynamics, до 2030 година електронните устройства ще консумират 40% от цялата произведена енергия на планетата. Приблизително 20% от тази стойност ще се падне на ИТ сектора и дата центровете. Според данни европейските анализатори, ЦОД вече „отнемат“ 1,4% от общото електричество. Очаква се тази стойност да нарасне до 5% до 2020 година.

Значителна част от електричеството се консумира от SSD хранилищата. В периода от 2012 до 2017 година дела на твърдотелните дискове в дата центровете нарасна от 8 до 22%. Въпреки че SSD консумират с една трета по-малко мощност (PDF, стр.13), разходите за електричество остават значителни в мащабите на дата центровете.

За да се намали енергопотреблението на твърдотелните дискове в ЦОД, инженери от MIT разработиха нова архитектура на SSD хранилища. Тя носи името LightStore и позволява свързването на дисковете директно към мрежата на дата центровете, като заобикаля сървърите за съхранение. Според казват авторите, системата ще намали разходите за електричество наполовина.

Как работи това

LightStore е флаш хранилище от тип ключ-стойност, при което потребителските заявки към дисковете се показват под формата на ключове. След това те се изпращат на сървър, който освобождава данни, свързани с този ключ.

Система съдържа вграден енергоефективен процесор, DRAM и NAND памет. Управляват я контролер и специализирано софтуерно приложение. Контролерът отговаря за работата с масивите NAND, а софтуерът - за обработка на KV запитвания и съхранение на ключови двойки. Архитектурата на софтуерното приложение е построена на база LSM-дерево, което се използва в много съвременни бази данни.

Схемата на архитектурата може да бъде представена по следния начин:

На схемата са показани основните компоненти на LightStore. Клъстер от възли работи с двойки ключ-стойност. Сървърите на приложенията се свързват със системата чрез адаптери. Те преобразуват клиентските запитвания (например, fread() от API POSIX) в KV запитвания. Също така архитектурата предвижда отделни адаптери за YCSB, блокови (на база BUSE модул) и файлови хранилища.

Разпределяйки запитванията, адаптерът използва съгласувано хеширане. Използва се в системи като Redis или Swift. С помощта на ключа на KV-заявката адаптерът генерира хеш-ключ, чиято стойност определя целевия възел.

Капацитетът на клъстера LightStore се мащабира линейно — достатъчно е да свържете допълнителни възли към мрежата. В някои случаи може да се наложи закупуването на нови суичове. Въпреки това разработчиците снабдили всеки възел с допълнителни слотове за свързване на NAND-чипове.

Потенциал на архитектурата

Инженери от MIT заявяват, че пропускната способност на решението, основано на LightStore, е 620 Mbps за 10-гигабитен Ethernet. Един възел консумира 10 W вместо обичайните 20 W (в SSD-системи, използвани от центровете за данни днес). Освен това, оборудването заема два пъти по-малко място.

В момента разработчиците работят по някои аспекти. Например, LightStore не поддържа заявки по диапазон и малки заявки. Тези функции ще бъдат добавени в бъдеще, тъй като LightStore използва LSM-деревья. Освен това системата все още има ограничен набор от адаптери — поддържат се YCSB и блок-адаптери. В бъдеще LightStore ще може да обработва SQL-заявки и други.

Други разработки

През лятото на 2018 г. Marvell, компания разработчик на СХД, представи нова линия SSD контролери, базирани на AI системи. Разработчиците внедриха ускорители за дълбочинно обучение NVIDIA в стандартни контролери за центрове за данни и клиентски приложения. В резултат те създадоха автономна архитектура, която консумира по-малко енергия в сравнение с класическите SSD контролери. Компанията се надява, че системата ще намери приложение в периферни изчисления, анализ на големи данни и IoT.

Наскоро беше обновена серията дискове Western Digital Blue. През април разработчиците представиха решението — WD Blue SSD на базата на технологии SanDisk, които WD придоби преди година. Обновените WD Blue SSD предлагат повишена производителност и енергийна ефективност. Архитектурата е изградена на базата на спецификация NVMe, която предоставя достъп до SSD, свързани чрез PCI Express.

Тази спецификация увеличава ефективността на SSD дисковете с голям брой едновременни заявки и ускорява достъпа до данните. Допълнително NVMe позволява стандартизиране на интерфейса на SSD — производителите на хардуер вече не е необходимо да харчат ресурси за разработването на уникални драйвери, конектори и форм-фактори.

Перспективи

Пазарът на SSD дискове за центрове за данни се насочва към опростяване на архитектурата, автоматизация на работата на компонентите на хранилищата и повишаване на енергийната ефективност. Разработката на инженерите от MIT решава последния проблем. Авторите предполагают, че LightStore ще стане отраслов стандарт за SSD хранилища в центрове за данни. Може да се предположи, че в бъдеще на неговата основа ще се появят нови, още по-ефективни архитектури.

Някои материали от Първия блог за корпоративен IaaS: