Systemen vil halvere energikostnader.
/ фото CC BY-SA
Hvorfor er der brug for en ny arkitektur
, vil elektroniske enheder inden 2030 forbruge 40 % af al den energi, der produceres på planeten. Cirka 20 % af dette vil komme fra IT-sektoren og datacentre. Ifølge europæiske analytikere, tager datacentre allerede 1,4 % af det samlede strømforbrug. Det forventes, at dette .
En betydelig del af energien forbruges af SSD-lagring. Fra 2012 til 2017 steg andelen af solid state-drev i datacentre . Selvom SSD'er forbruger en tredjedel mindre strøm (), forbliver elregningerne store i datacentre.
For at reducere energiforbruget fra solid state-drev i datacentre har ingeniører fra MIT udviklet en ny arkitektur til SSD-lagring. Den kaldes LightStore og gør det muligt at tilslutte drev direkte til datacentrets netværk, uden om lagerservere. Ifølge forfatterne vil systemet halvere energikostnader.
Hvordan fungerer det
LightStore er et flash-lagring, der fungerer som en nøgle-værdi database, hvor brugerforespørgsler til drev repræsenteres som nøgler. Disse sendes så til en server, som frigiver de data, der er knyttet til den pågældende nøgle.
System en indbygget energieffektiv processor, DRAM og NAND-hukommelse. Den styres af en controller og specialiseret software. Controlleren håndterer arbejdet med NAND-arrays, mens softwaren står for behandling af KV-forespørgsler og lagring af nøglepar. Arkitekturen af softwaren er baseret på , som anvendes i mange moderne databasesystemer.
Arkitekturens skema kan repræsenteres som følger:
Diagrammet viser de grundlæggende komponenter i LightStore. En klynge af noder arbejder med nøgle-værdi par. Applikationsservere tilslutter sig systemet via adaptere. De konverterer klientforespørgsler (f.eks. fread() fra POSIX API) til KV-forespørgsler. Arkitekturen har også separate adaptere til , blok- (baseret på BUSE-modulet) og fil-lagringssystemer.
Ved at fordele forespørgsler anvender adapteren . Denne anvendes i systemer som Redis eller Swift. Ved hjælp af KV-forespørgslens nøgle genererer adapteren en hash-nøgle, hvis værdi bestemmer den målrettede node.
Kapaciteten af LightStore-klusteret skaleres lineært — det er nok at tilslutte ekstra noder til netværket. I nogle tilfælde kan det være nødvendigt at købe nye switches. Udviklerne har imidlertid forsynet hver node med ekstra slots til tilslutning af NAND-chips.
Potentialet i arkitekturen
Ingeniører fra MIT siger, at båndbredden af løsningen baseret på LightStore er 620 Mbit/s for 10-gigabit Ethernet. En node forbruger 10 W i stedet for de sædvanlige 20 W (i SSD-systemer, der anvendes af datacentre i dag). Derudover kræver udstyret halvhundrede plads.
Udviklerne arbejder i øjeblikket på at forbedre nogle aspekter. For eksempel kan LightStore ikke håndtere rangeringsanmodninger og små forespørgsler. Disse funktioner vil blive tilføjet i fremtiden, da LightStore bruger LSM-træer. Desuden har systemet i øjeblikket et begrænset antal adapters — YCSB- og blok-adapters understøttes. I fremtiden vil LightStore kunne håndtere SQL-forespørgsler og andet.
Andre udviklinger
Sommer 2018 præsenterede Marvell, udvikleren af lagringsløsninger, en ny række SSD-controllere baseret på AI-systemer. Udviklerne har integreret NVIDIA's dybdelæringsacceleratorer i standard controllere til datacentre og kundeapplikationer. Som et resultat har de skabt en selvstændig arkitektur, der bruger mindre energi sammenlignet med klassiske SSD-controllere. Virksomheden håber, at systemet vil finde anvendelse i edge computing, big data-analyse og IoT.
For nylig blev serien af opbevaringsenheder fra Western Digital Blue opgraderet. I april præsenterede udviklerne løsningen — WD Blue SSD baseret på teknologi fra SanDisk, som WD købte for et år siden. De opdaterede WD Blue SSD'er adskiller sig med forbedret ydeevne og energieffektivitet. Arkitekturen er bygget på specifikationen , der åbner adgang til SSD'er tilsluttet via PCI Express.
Denne specifikation øger effektiviteten af SSD'ernes arbejde med et større antal samtidige anmodninger og fremskynder adgangen til data. Desuden gør NVMe det muligt at standardisere SSD-interfacet — hardwareproducenter behøver ikke længere på at udvikle unikke drivere, stik og formater.
Udsigter
Markedet for SSD-lagringsenheder til datacentre bevæger sig mod en forenkling af arkitekturen, automatisering af lagringskomponenternes funktioner og forbedring af energieffektiviteten. Udviklingen fra ingeniører ved MIT løser den sidste udfordring. Forfatterne , at LightStore vil blive branchestandarden for SSD-lagring i datacentre. Man kan forvente, at der i fremtiden vil opstå nye, endnu mere effektive arkitekturer baseret på denne teknologi.
Nogle materialer fra Første blog om virksomhedens IaaS:
Kilde: habr.com
