北京2021年6月7日 /美通社/ -- 當前隨著新技術不斷涌現以及線下業務向線上“大遷徙”，公有云市場迎來高速發展，但同時公有云平臺“囤積”的數據量急劇增長，如何“存好”、“用好”海量數據成為公有云業務發展的重要議題。浪潮新一代ZNS（Zoned Namespace，分區命名空間）SSD閃存盤基于業界領先的分區存儲技術，能夠將單盤性能最高提升210%，成為公有云業務的加速器。
公有云市場高速發展，中國增速領跑全球
隨著新技術不斷涌現以及線下業務向線上“大遷徙”，全球及中國公有云市場正在高速發展，根據IDC公布的《2020年全球及中國公有云服務市場跟蹤報告》，2020年全球公有云服務整體市場規模達到3124.2億美元，同比增長24%，中國公有云服務整體市場規模達到193.8億美元，同比增長50%，在全球各區域中增速最高。
公有云業務的高速發展，勢必會帶動存儲、服務器、網絡等底層IaaS基礎設施的市場需求，數據顯示2020年中國IaaS市場規模同比增長54%。越來越多的公有云用戶意識到，他們處理數據的效率、方式將直接轉化為業務的增長，公有云業務對數據實時性的需求日益迫切，IDC調研顯示2020年實時數據在全球數據圈占比達到20%，這一數字到2023年將達到25%。NVMe SSD閃存盤作為一種延時低、高吞吐、低功耗的存儲介質被廣泛應用公有云存儲業務中。
云存儲發展呈現業務多元化、數據規模化、性能高速化趨勢，對底層硬件和系統軟件架構有了更高的要求。舉例來看，某家公有云廠商的主要業務是備份、日志存儲、小型關系數據庫與對數據可靠性有一定要求的開發測試場景，NoSQL數據庫、中大型關系數據庫、高性能數據庫、Elastic Search搜索等IO密集型應用，以及Hadoop離線數據分析等大文件順序讀寫場景，面對如此復雜海量的業務，底層存儲介質和系統軟件架構，已經成為整個存儲集群的性能瓶頸，無法滿足現有的業務發展需求。
公有云場景涵蓋大量“性能密集型”業務
公有云業務的爆發增長對業務性能提出了更加苛刻的要求，產生了對高IOPS、低讀寫延時、高壽命，同時保證產品可靠性的存儲介質需求，在滿足這些客戶基本業務場景需求基礎上，NVMe SSD成本也需要進一步降低。
浪潮閃存盤：與用戶態軟件棧深度融合，盤活公有云數據
為了滿足公有云業務對于高性能數據存儲和成本的需求，浪潮存儲聯合云廠商對原有集群系統軟、硬件架構進行全面升級。浪潮自研ZNS SSD閃存盤與基于SPDK（Storage Performance Development Kit,存儲性能開發工具包）的主機端軟件生態深度融合，實現ZNS SSD與主機端的Zone FTL（Flash Translation Layer，閃存轉換層）二者協同下發數據，共同為公有云應用提供分區存儲能力，提升公有云用戶數據訪問體驗。
浪潮新一代ZNS SSD適配公有云塊存儲場景
其一面向公有云的不同應用場景，讓每個分區像“樂高積木”一樣進行靈活組合、映射。
浪潮新一代ZNS SSD閃存盤內部可以根據不同的應用場景將不同的Zone與不同的物理位置進行映射。如下圖所示，浪潮當前采用config.B架構，Zone分區大小約為1.5G, 單個Zone寫帶寬達到1700MB/s，兩個Zone同時寫入總帶寬可以達到3400MB/s。浪潮ZNS SSD可以靈活采用config.A或者config.B架構，其中config.A中單Zone寫入帶寬可以達到滿帶寬，config.B既保證了一定的單Zone寫入帶寬也可以滿足多Zone寫入QoS需求。
浪潮ZNS SSD可靈活采用config.A或者config.B架構
其二，浪潮閃存盤實現小范圍隨機寫和大容量順序寫“通吃”，提高數據訪問效率。
浪潮新一代ZNS SSD閃存盤既支持Zone分區小范圍隨機寫又支持大容量Zone應用。在隨機寫業務中，浪潮ZNS SSD降低了業務層隨機轉順序的復雜度，提升了SSD易用性。Zone Append技術打破“寫QD=1”的限制，提升寫并發度以及隨機性，充分發揮ZNS性能優勢。此外浪潮ZNS SSD還有利于大容量Zone的應用，通過降低Write pointer敏感度，從而避免了寫異常情況的出現。
浪潮ZNS SSD對Write和Append進行優化（QD1 write@4k帶寬 800M/s，QD1 write@128k帶寬 1100MB/s，QD4 append@128k帶寬>1700MB/s）
浪潮存儲研發團隊聯合云廠商面向公有云場景完成SPDK與ZNS SSD適配，打通了SPDK19.10與ZNS SSD盤通路，實現SPDK對ZNS協議的支持。同時還完成SPDK 20.10的I/O適配與業務適配，保證了SPDK運行中的產品穩定度，12盤位在極限壓力下可以長穩運行7天以上，并確保熱插拔、上下電長期測試等指標達標。
測試結果顯示，浪潮新一代ZNS SSD（容量8T）在多流順序寫方面優勢明顯，ZNS盤持續寫入性能穩定，且性能優于容量6.4T標準SSD 2.5倍以上。
浪潮新一代ZNS SSD優化多流順序寫性能，高于標準SSD2.5倍
給公有云用戶一款“跑得快、用得省、買得起”的閃存盤
與標準盤相比，浪潮存儲通過ZNS SSD閃存盤與用戶端態軟件棧的融合協同，能夠為公有云用戶帶來幾大好處。
其一，性能大幅提升，隨機寫性能由250K提升至775K，性能提升210%，多流順序寫優于標盤2.5倍以上；
其二，實現閃存盤容量利用率最大化，以接近于1的WAF（Write Amplification，寫放大）基本上消滅了GC（Garbage Collection，垃圾回收）和OP（Over provisioning，預留空間）空間，ZNS SSD的物理容量即是用戶可用容量。
同時浪潮存儲提升了閃存盤在公有云場景中的使用壽命，使得DWPD（Drive Writes Per Day，驅動器日寫入量）從標準盤的3.1提升至6.8（5年），閃存盤壽命大幅提升。
在滿足公有云業務負載的同時，浪潮ZNS SSD能夠將總體擁有成本（TCO）降低37%，相比標盤，每GB成本降低39%以上，為公有云用戶帶來了可觀的經濟效益。
未來云、人工智能、物聯網等技術加速發展，中國公有云業務仍將保持高速增長態勢，預計到2024年中國公有云在全球市場的占比將從2020年的6.5%提升為10.5%。浪潮存儲基于“云存智用 運籌新數據”理念，持續推進SSD在統一存儲、分布式存儲中的應用，包括在統一存儲中將自研SSD與盤控一體化技術深度融合，在分布式存儲中深入整合ZNS分區命名空間、KV（Key-Value）鍵值等前沿技術，實現上下層軟件全線打通適配，讓整機更懂SSD、讓SSD更適配方案，釋放數據價值加速數字化轉型。
作者：浪潮存儲產品經理 宗崗崗、SSD資深架構師 趙寶林
