🥇 Uus tüüpi SSD-salvestus vähendab andmeruumide energiatarvet — kuidas see töötab

Süsteem vähendab elektrikulu poole võrra.

/ фото Andy Melton CC BY-SA

Miks on vajalik uus arhitektuur

Data Centre Dynamics'i hinnangul, 2030. aastaks tarbivad elektroonilised seadmed 40% kogu maailmas toodetud energiast. Umbes 20% sellest mahust langeb IT-sektorile ja andmekeskustele. Nende andmetele euroopa analüütikute sõnul „kasutavad“ andmekeskused juba 1,4% kogu elektrist. Oodatakse, et see number kasvab 2020. aastaks 5%-ni.

Oluline osa elektrienergiast kulub SSD-salvestuslahendustele. Aastatel 2012-2017 kasvas tahkete salvestusseadmete osakaal andmekeskustes 8%-lt 22%-le. Kuigi SSD-d tarbivad kolmandiku vähem energiat (PDF, lk 13), jäävad andmekeskuste elektriarved siiski kõrgeks.

Kuna energiatarbimist tahketes salvestuslahendustes vähendada, on MIT insenerid välja töötanud uue SSD-salvestuslahenduste arhitektuuri. See kannab nime LightStore ja võimaldab salvestuslahendusi otse andmekeskuste võrku ühendada, vältides salvestusservereid. Nende sõnadega autorite sõnul vähendab süsteem elektrikulu poole võrra.

Kuidas see toimib

LightStore — see on võtmeväärtuse tüüpi välkmälu, kus kasutaja päringud salvestusse häälestatakse võtmetena. Need saadetakse seejärel serverisse, mis vabastab sellega seotud andmed.

Süsteem sisaldab sisseehitatud energiatõhus protsessor, DRAM ja NAND-mälu. Selle töö eest vastutavad kontroller ja spetsiaalne tarkvara. Kontroller haldab NAND-massiive, samas kui tarkvara tegeleb KV-päringute töötlemise ja võtmeväärtuste paaride salvestamisega. Tarkvara arhitektuur põhineb LSM-puul, mida kasutatakse paljudes kaasaegsetes andmebaasisüsteemides.

Arhitektuuri skeem on esitatud järgmiselt:

Skeemil on kujutatud LightStore'i põhilisi komponente. Sõlmede klaster töötab võtmeväärtuste paaridega. Rakenduste serverid ühenduvad süsteemiga adapterite abil. Need muundavad kliendi päringud (näiteks fread() POSIX API-st) KV-päringuteks. Samuti sisaldab arhitektuur eraldi adaptereid YCSB, plokkide (BUSE-moduli baasil) ja failihoidlate jaoks.

Päringute jaotamisel kasutab adapter kooskõlastatud hajutamist. Seda kasutatakse sellistes süsteemides nagu Redis või Swift. KV-päringu võtme abil genereerib adapter hash-võtme, mille väärtus määrab sihtsõlme.

LightStore'i klastrite maht suurendab lineaarset — piisab täiendavate sõlmede ühendamisest võrku. Mõnel juhul võib osutuda vajalikuks osta uusi lüliteid. Siiski on arendajad varustanud iga sõlme täiendavate slotidega NAND-mälukiipide ühendamiseks.

Arhitektuuri potentsiaal

MIT insenerid väidavad, et LightStore'i põhine lahenduse läbilaskevõime on 620 Mbit/s 10-gigabitise Ethernet'i puhul. Üks sõlm tarbib 10 W, võrreldes tavapäraste 20 W-ga (täna andmekeskustes kasutatavate SSD-süsteemide puhul). Lisaks on riistvara kaks korda väiksem.

Praegu muudavad arendajad mõningaid aspekte. Näiteks ei oska LightStore tegeleda vahemiku päringute ja väikeste päringutega. Need funktsioonid lisatakse tulevikus, kuna LightStore kasutab LSM-puid. Samuti on süsteemil hetkel piiratud adapterite komplekt — toetatakse YCSB- ja ploki-adaptereid. Tulevikus suudab LightStore töödelda SQL-päringuid jne.

Teised arendused

Suvel 2018. aastal tutvustas Marvell, andmesalvestusseadmete arendaja, uut SSD-kontrollerite seeriat, mis põhineb tehisintellekti süsteemidel. Arendajad integreerisid NVIDIA süvaõppe kiirendid standardsetesse kontrolleritesse andmekeskustes ja kliendirakendustes. Selle tulemusena loodi iseseisev arhitektuur, mis tarbib vähem energiat võrreldes klassikaliste SSD-kontrolleritega. Ettevõttes loodetakse, et süsteem leiab kasutust servaarvutustes, suurandmete analüüsis ja IoT-s.

Hiljuti uuendati Western Digital Blue salvestite seeriat. Aprillis tutvustasid arendajad lahendust – WD Blue SSD, mis põhineb SanDiski tehnoloogiatel, mille WD soetas aasta tagasi. Uuendatud WD Blue SSD-d eristuvad suurema jõudluse ja energiatõhususega. Arhitektuur on üles ehitatud spetsifikatsioonile NVMe, mis avab juurdepääsu PCI Express'i siini kaudu ühendatud SSD-dele.

See spetsifikatsioon parandab SSD-de tööhõive efektiivsust, suurendades samal ajal samade päringute arvu ja kiirendades andmete juurde pääsemist. Lisaks võimaldab NVMe standardiseerida SSD-de liidese - riistvara tootjatel ei ole enam vaja ressursse kulutada ainete unikaalsete draiverite, liideste ja vormifaktorite väljatöötamiseks.

Perspektiivid

SSD-diskide turg andmekeskustes liigub arhitektuuri lihtsustamise, komponentide töö automatiseerimise ja energiatõhususe suurendamise suunas. MIT inseneride arendused lahendavad viimase ülesande. Autorid uskavad, et LightStore muutub SSD-lahenduste tööstusstandardiks andmekeskustes. Saame eeldada, et tulevikus selle alusel luuakse uusi, veelgi tõhusamaid arhitektuure.

Mõned materjalid Esimesest ettevõtte IaaS blogist: