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浪潮新一代ZNS SSD:提速公有云的“正確姿勢”

2021-06-08 17:34 7262
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。

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
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
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
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

消息來源:浪潮
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