🥇Az új típusú SSD-tárolók csökkentik az energiafogyasztást az adattároló központokban — hogyan működik ez

A rendszer a villanyszámlát a felére csökkenti.

/ фото Andy Melton CC BY-SA

Miért van szükség új architektúrára

A Data Centre Dynamics becslései szerint, 2030-ra az elektronikus eszközök a bolygón előállított energia 40%-át fogják fogyasztani. Ennek körülbelül 20%-a az IT szektorra és az adatközpontokra fog jutni. A adatok európai elemzők szerint az adatközpontok már most is az összes elektromosság 1,4%-át „elviszik”. Várhatóan ez a szám 2020-ra 5%-ra nő..

Jelentős mennyiségű elektromosságot fogyasztanak az SSD tárolók. 2012 és 2017 között a szilárdtest-meghajtók részesedése az adatközpontokban 8%-ról 22%-ra nőtt.. Bár az SSD-k egyharmaddal kevesebb energiát fogyasztanak (PDF, 13. oldal), a nagy adatközpontok esetében a villanyszámlák továbbra is jelentősek.

Az SSD tárolók energiatakarékosságának csökkentéséhez az MIT mérnökei egy új SSD architektúrát fejlesztettek ki. Ezt LightStore néven ismerték el, és lehetővé teszi a tárolók közvetlen csatlakoztatását az adatközponthoz, megkerülve a tárolószervereket. A szavak szerzők szerint a rendszer a villanyszámlát a felére csökkenti.

Hogyan működik ez

A LightStore egy kulcs-érték típusú flash tároló, ahol a felhasználói kérések a tárolókhoz kulcsok formájában kerülnek megjelenítésre. Ezt követően ezek a kulcsok elküldésre kerülnek egy szerverre, amely felszabadítja a kulccsal kapcsolatos adatokat.

Rendszer tartalmazza beépített energiahatékony processzor, DRAM és NAND memória. Ezt egy vezérlő és egy speciális szoftver irányítja. A vezérlő a NAND tömbökkel való munkáért felelős, míg a szoftver a KV-kérések feldolgozásáért és a kulcs-érték párok tárolásáért felel. A szoftver architektúrája az LSM-fán, amelyet sok modern DBMS használ.

Az architektúra sémáját az alábbiak szerint lehet bemutatni:

A sémán a LightStore alapvető összetevői láthatók. A csomópontok klasztere kulcs-érték párokkal dolgozik. Az alkalmazásszerverek adaptereken keresztül csatlakoznak a rendszerhez. Ezek átalakítják az ügyfélkéréseket (például fread() a POSIX API-ból) KV-kérésekké. Az architektúra külön adapterekkel rendelkezik a YCSB, blokk (BUSE modulra épülő) és fájltárolóknak is.

A kérések elosztásakor az adapter konzisztens hashing-ot használ. Ezt a rendszerekben, mint például a Redis vagy Swift alkalmazzák. A KV-kérés kulcsával az adapter generál egy hash-kulcsot, amelynek értéke meghatározza a célnódot.

A LightStore cluster's capacity scales linearly—simply connect additional nodes to the network. In some cases, new switches may need to be purchased. However, the developers equipped each node with additional slots for connecting NAND chips.

Architecture Potential

Engineers from MIT state that the bandwidth of the LightStore-based solution is 620 Mbps for 10-gigabit Ethernet. One node consumes 10 watts instead of the usual 20 watts (in SSD systems used by data centers today). Additionally, the hardware takes up half the space.

Currently, the developers are refining certain aspects. For example, LightStore does not handle range queries and small requests yet. These functions will be added in the future, as LightStore uses LSM trees. The system also currently has a limited set of adapters—YCSB and block adapters are supported. In the future, LightStore will be able to process SQL queries and more.

Other Developments

In the summer of 2018, Marvell, a storage developer, introduced a new line of SSD controllers based on AI systems. Developers integrated NVIDIA deep learning accelerators into standard controllers for data centers and client applications. As a result, they created an autonomous architecture that consumes less energy compared to classical SSD controllers. The company hopes that the system will find use in edge computing, big data analytics, and IoT.

Recently, the Western Digital Blue storage line was updated. In April, the developers introduced the WD Blue SSD based on SanDisk technologies, which WD acquired a year ago. The updated WD Blue SSDs feature enhanced performance and energy efficiency. The architecture is built based on the specification NVMe, which provides access to SSDs connected via PCI Express.

This specification increases the efficiency of SSDs working with a large number of simultaneous requests and speeds up data access. Additionally, NVMe standardizes the SSD interface—hardware manufacturers will no longer need to spend resources on the development of unique drivers, connectors, and form factors.

Kilátások

Az adattároló központok SSD-meghajtóinak piaca az architektúra egyszerűsítése, a tárolókomponensek automatizálása és az energiahatékonyság növelése felé halad. Az MIT mérnökeinek fejlesztése megoldja az utóbbi problémát. A szerzők számítják, hogy a LightStore az ipari szabványnak fog számítani az SSD-tárolók terén az adattároló központokban. Feltételezhető, hogy a jövőben ennek alapjaira új, még hatékonyabb architektúrák fognak megjelenni.

Néhány anyag az Első blogról a vállalati IaaS-ról: