🥇Un nuovo tipo di archiviazione SSD ridurrà il consumo energetico nei data center — come funziona

Il sistema ridurrà i costi dell'energia elettrica della metà.

/ фото Andy Melton CC BY-SA

A cosa serve la nuova architettura

Secondo le stime di Data Centre Dynamics, entro il 2030 i dispositivi elettronici consumeranno il 40% di tutta l'energia prodotta nel mondo. Circa il 20% di questo volume sarà attribuibile al settore IT e ai data center. Secondo dati analisti europei, i data center già "consumano" l'1,4% di tutta l'elettricità. Si prevede che questa cifra crescerà al 5% entro il 2020..

Una parte significativa dell'energia elettrica è consumata dagli SSD. Tra il 2012 e il 2017, la quota degli SSD nei data center è aumentata dall'8 al 22%.Sebbene gli SSD consumino un terzo in meno di energia (PDF, pag. 13), i costi della bolletta elettrica nei data center rimangono consistenti.

Per ridurre il consumo energetico degli SSD nei data center, ingegneri del MIT hanno sviluppato una nuova architettura di storage. Questa si chiama LightStore e permette di collegare gli storage direttamente alla rete dei data center, bypassando i server di storage. Secondo gli esperti, i principali problemi dell'Internet delle cose sono le password facilmente indovinabili (spesso sono presenti password di fabbrica preimpostate, accessibili pubblicamente) e i firmware obsoleti dei dispositivi. In migliori dei casi, gli aggiornamenti vengono pubblicati con notevoli ritardi, nel peggiore — non vengono rilasciati affatto (a volte la possibilità di aggiornamento non è nemmeno prevista a livello tecnico). Di conseguenza, molti dispositivi IoT vengono compromessi attraverso modi banali, come vulnerabilità nell'interfaccia web. Quasi tutte queste vulnerabilità sono critiche, ma il produttore ha possibilità estremamente limitate di creare rapidamente una patch e distribuirla come aggiornamento. gli autori, il sistema ridurrà i costi dell'energia elettrica della metà.

Come funziona

LightStore è uno storage flash di tipo chiave-valore, in cui le richieste degli utenti agli storage sono rappresentate come chiavi. Queste vengono poi inviate a un server, che rilascia i dati associati a quella chiave.

Sistema contiene Un processore a risparmio energetico integrato, DRAM e memoria NAND. È gestito da un controller e da un software specifico. Il controller si occupa della gestione degli array NAND, mentre il software gestisce l'elaborazione delle richieste KV e la memorizzazione delle coppie chiave-valore. L'architettura del software è basata su alberi LSM, utilizzati in molti moderni DBMS.

Lo schema dell'architettura può essere rappresentato come segue:

Nello schema sono raffigurati i componenti di base di LightStore. Un cluster di nodi lavora con coppie chiave-valore. I server delle applicazioni si collegano al sistema tramite adattatori. Questi trasformano le richieste dei client (ad esempio, fread() dall'API POSIX) in richieste KV. L'architettura ha anche adattatori separati per YCSB, storage a blocchi (basati sul modulo BUSE) e storage di file.

Distribuendo le richieste, l'adattatore utilizza hashing coerente.Questo è utilizzato in sistemi come Redis o Swift. Utilizzando la chiave della richiesta KV, l'adattatore genera una chiave hash, il cui valore determina il nodo target.

La capacità del cluster LightStore si scalda linearmente: è sufficiente collegare ulteriori nodi alla rete. In alcuni casi, potrebbe essere necessario acquistare nuovi switch. Tuttavia, gli sviluppatori hanno dotato ogni nodo di slot aggiuntivi per il collegamento di chip NAND.

Il potenziale dell'architettura

Gli ingegneri del MIT affermano che la larghezza di banda della soluzione basata su LightStore è di 620 Mbit/s per Ethernet a 10 gigabit. Un nodo consuma 10 W anziché i consueti 20 W (nei sistemi SSD utilizzati oggi nei data center). Inoltre, l'hardware occupa il doppio dello spazio.

Attualmente, gli sviluppatori stanno affinando alcuni aspetti. Ad esempio, LightStore non è in grado di gestire richieste per intervalli e piccole richieste. Queste funzionalità saranno aggiunte in futuro, poiché LightStore utilizza alberi LSM. Inoltre, il sistema ha attualmente un set limitato di adattatori: supporta adattatori YCSB e block. In futuro, LightStore sarà in grado di elaborare richieste SQL e altro.

Altri sviluppi

Nell'estate del 2018, Marvell, l'azienda sviluppatrice di sistemi di archiviazione, ha presentato una nuova gamma di controller SSD basati su sistemi di intelligenza artificiale. Gli sviluppatori hanno integrato acceleratori di deep learning NVIDIA nei controller standard per data center e applicazioni client. Di conseguenza, hanno creato un'architettura autonoma che consuma meno energia rispetto ai tradizionali controller SSD. L'azienda spera che il sistema trovi applicazione nei calcoli periferici, nell'analisi dei big data e nell'IoT.

Di recente si è aggiornato il catalogo dei dispositivi Western Digital Blue. Ad aprile, gli sviluppatori hanno presentato una soluzione: WD Blue SSD basata sulle tecnologie SanDisk, acquisite da WD l'anno scorso. I nuovi WD Blue SSD offrono prestazioni superiori e una maggiore efficienza energetica. L'architettura è costruita sulla base della specifica NVMe, che consente l'accesso agli SSD collegati tramite PCI Express.

Questa specifica migliora l'efficienza degli SSD con un alto numero di richieste simultanee e accelera l'accesso ai dati. Inoltre, NVMe consente di standardizzare l'interfaccia SSD: i produttori hardware non dovranno più sprecare risorse per sviluppare driver unici, connettori e fattori di forma.

Prospettive

Il mercato degli SSD per i data center si sta muovendo verso la semplificazione dell'architettura, l'automazione del funzionamento dei componenti di archiviazione e il miglioramento dell'efficienza energetica. La soluzione degli ingegneri del MIT affronta quest'ultimo obiettivo. Gli autori si aspettano, affermano che LightStore diventerà lo standard del settore per le soluzioni di archiviazione SSD nei data center. Si può ipotizzare che in futuro emergeranno nuove architetture, ancora più efficienti, basate su di esso.

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