🥇Uus tüüpi SSD-salvestid vähendavad andmekeskustes energiatarvet — kuidas see toimib

Süsteem vähendab energiakulusid kahe korra.

/ фото Andy Melton CC BY-SA

Miks on vaja uut arhitektuuri

Data Centre Dynamics'i hinnangute kohaselt, aastaks 2030 tarbivad elektroonilised seadmed 40% kogu planeedil toodatavast energiast. Umbes 20% sellest mahust läheb IT-sektorile ja andmekeskustele. Vastavalt andmete Euroopa analüütikutele tarbivad andmekeskused juba 1,4% kogu elektrist. Oodatav kasvu protsent tõuseb 5% -ni aastaks 2020..

Signifitseeriv osa energiast tarbivad SSD-salvestid. Ajavahemikul 2012–2017 kasvas tahkis-kettaste osakaal andmekeskustes 8%-lt 22%-le.. Kuigi SSD-de energiatarve on kolmandiku võrra madalam (PDF, lk. 13), jäävad andmekeskuste elektriarved siiski kõrgeks.

SSD-de energiatarbimise vähendamiseks andmekeskustes on MITi insenerid töötanud välja uue SSD-salvestite arhitektuuri. See nimega LightStore võimaldab salvestite otse ühendamist andmekeskuse võrku, mööda minnes salvestussüsteemidest. Vastavalt sõnadele autoritele vähendab süsteem energiakulusid kahe korra.

Kuidas see töötab

LightStore on võtme-väärtuse tüüpi mäluseade, kus kasutaja päringud salvestite osas kuvatakse võtmetena. Need saadetakse seejärel serverisse, mis vabastab sellega seotud andmed.

Süsteem sisaldab sisemine energiatõhus protsessor, DRAM ja NAND-mälu. Seda juhib kontroller ja spetsiaalne tarkvara. Kontroller vastutab NAND-massiividega töötamise eest, samas kui tarkvara tegeleb KV-päringute töötlemise ja võtmete paaride salvestamisega. Tarkvara arhitektuur on üles ehitatud LSM-puu, mida kasutatakse paljudes kaasaegsetes andmebaasisüsteemides.

Arhitektuuri skeemi saab esitada järgmiselt:

Diagrammil on kujutatud LightStore'i põhikomponente. Node'ide klaster töötab võtme-väärtuse paaridega. Rakenduste serverid ühendavad süsteemiga adapterite kaudu. Need muudavad kliendi päringud (näiteks fread() API POSIXist) KV-päringuteks. Samuti on arhitektuuril eraldi adapterid YCSB, plokkide (BUSE mooduli baasil) ja failisalvestite jaoks.

Päringute jaotamisel kasutab adapter ühtset hajutamist.Seda rakendatakse sellistes süsteemides nagu Redis või Swift. KV-päringu võtmega genereerib adapter hajutusvõtme, mille väärtus määrab sihtnode.

LightStore'i klastrite maht skaleerub lineaarsete ühenduste abil – piisab, kui lisada võrgule uusi sõlmi. Mõnel juhul võib olla vajalik osta uusi lüliteid. Kuid arendajad on varustanud iga sõlme täiendavate slotidega NAND-mälude ühendamiseks.

Arhitektuuri potentsiaal

MIT-i insenerid ütlevad, et LightStore'i lahenduse läbilaskevõime on 620 Mbit/s kümne gigabitise Etherneti jaoks. Üks sõlm tarbib 10 W, võrreldes tavapäraste 20 W-ga (praegustes andakeskustes kasutatavates SSD-süsteemides). Lisaks võtab varustus kaks korda vähem ruumi.

Praegu töötavad arendajad teatud punktide kallal. Näiteks ei oska LightStore töötada vahemiku- ja väikeste päringute puhul. Need funktsioonid lisatakse tulevikus, kuna LightStore kasutab LSM-puude struktuuri. Samuti on süsteemil praegu piiratud adapterite komplekt — toetatakse YCSB ja plokkadaptereid. Tulevikus saab LightStore töötada ka SQL-päringute ja muude tüüpidega.

Teised arendused

Suvel 2018 tutvustas Marvell, andmemälu arendav ettevõte, uut SSD-kontrollerite seeriat, mis põhineb tehisintellekti süsteemidel. Arendajad integreerisid NVIDIA süvaõppe kiirendid standardsetesse andmekeskuste ja kliendirakenduste kontrolleritesse. Tulemusena loodi iseseisev arhitektuur, mis tarbib vähem energiat võrreldes klassikaliste SSD-kontrolleritega. Ettevõte loodab, et süsteem leiab rakendust servaarvutustes, suurandmete analüüsis ja asjade internetis.

Hiljuti värskendati Western Digital Blue salvestusseeriat. Aprillis tutvustasid arendajad lahendust — WD Blue SSD, mis põhineb SanDiski tehnoloogiatel, mille WD soetas aasta tagasi. Uuenenud WD Blue SSD-d eristuvad kõrgema jõudluse ja energiatõhususega. Arhitektuur on üles ehitatud spetsifikatsiooni järgi NVMe, mis avab juurdepääsu PCI Express'i kaudu ühendatud SSD-dele.

See spetsifikatsioon suurendab SSD-de tõhusust suure arvu samaaegsete päringute puhul ja kiirendab juurdepääsu andmetele. Lisaks võimaldab NVMe standardiseerida SSD-de liidese — riistvaratootjatel ei pea enam rahalisi ressursse erinevate unikaalsete draiverite, portide ja vormifaktorite arendamiseks.

Prospects

SSD-ningitud süsteemide turg suundub arhitektuuri lihtsustamise, komponentide töö automatiseerimise ja energiatõhususe suurendamise poole. MIT-i inseneride arendused lahendavad viimase ülesande. Autorid loodavad, et LightStore saab olema tööstusstandard SSD-salvestite jaoks andmekeskustes. Võib eeldada, et tulevikus luuakse selle põhjal uusi, veelgi efektiivsemaid arhitektuure.

Mõned materjalid esimesest blogist ettevõtte IaaS kohta: