Новый тип SSD-хранилищ сократит энергопотребление в ЦОД — как это работает

    Cистема уменьшит расходы на электроэнергию в два раза.


    / фото Andy Melton CC BY-SA

    Зачем нужна новая архитектура


    По оценкам Data Centre Dynamics, к 2030 году электронные устройства будут потреблять 40% всей вырабатываемой на планете энергии. Приблизительно 20% от этого объема придется на ИТ-сектор и дата-центры. По данным европейских аналитиков, ЦОД уже «забирают» 1,4% всего электричества. Ожидается, что эта цифра вырастет до 5% к 2020 году.

    Значительную часть электроэнергии потребляют SSD-хранилища. В период с 2012 по 2017 год доля твердотельных накопителей в дата-центрах выросла с 8 до 22%. Хотя SSD потребляют на треть меньше мощности (PDF, стр.13), чем HDD, в масштабах дата-центров счета за электричество остаются крупными.

    Чтобы сократить энергопотребление твердотельных накопителей в ЦОД, инженеры из MIT разработали новую архитектуру SSD-хранилищ. Она получила название LightStore и позволяет подключать накопители напрямую к сети дата-центров, минуя серверы хранения. По словам авторов, система уменьшит расходы на электроэнергию в два раза.

    Как это работает


    LightStore — это флеш-хранилище типа ключ-значение, в котором пользовательские запросы к накопителям отображаются в виде ключей. Затем они отправляются на сервер, который выдает данные, связанные с этим ключом.

    Система содержит встроенный энергоэффективный процессор, DRAM и NAND-память. Управляют ей контроллер и специальное программное обеспечение. Контроллер отвечает за работу с массивами NAND, а ПО — за обработку KV-запросов и хранение пар ключей. Архитектура программного обеспечения выстроена на базе LSM-дерева, которое используется во многих современных СУБД.

    Схему архитектуры можно представить следующим образом:



    На схеме изображены базовые компоненты LightStore. Кластер узлов работает с парами ключ-значение. Серверы приложений подключаются к системе с помощью адаптеров. Они преобразуют клиентские запросы (например, fread() от API POSIX) в KV-запросы. Также архитектура имеет отдельные адаптеры для YCSB, блочных (на базе BUSE-модуля) и файловых хранилищ.

    Распределяя запросы, адаптер использует согласованное хеширование. Его применяют в системах вроде Redis или Swift. С помощью ключа KV-запроса адаптер генерирует хеш-ключ, значение которого определяет целевой узел.

    Емкость кластера LightStore масштабируется линейно — достаточно подключить к сети дополнительные узлы. В некоторых случаях может понадобиться приобрести новые свитчи. Однако разработчики снабдили каждый узел дополнительными слотами для подключения NAND-микросхем.

    Потенциал архитектуры


    Инженеры из MIT говорят, что пропускная способность решения на базе LightStore составляет 620 Мбит/с для 10-гигабитного Ethernet. Один узел потребляет 10 Вт вместо привычных 20 Вт (в SSD-системах, используемых дата-центрами сегодня). Кроме того, оборудование занимает в два раза меньше места.

    Сейчас разработчики дорабатывают некоторые моменты. Например, LightStore не умеет работать с запросами по диапазону и небольшими запросами. Эти функции добавят в будущем, так как LightStore использует LSM-деревья. Также система пока обладает ограниченным набором адаптеров — поддерживаются YCSB- и блок-адаптеры. В дальнейшем LightStore сможет обрабатывать SQL-запросы и др.

    Другие разработки


    Летом 2018 года Marvell, компания-разработчик СХД, представила новую линейку SSD-контроллеров на базе систем ИИ. Разработчики внедрили ускорители глубокого обучения NVIDIA в стандартные контроллеры для ЦОД и клиентских приложений. В результате они создали автономную архитектуру, которая потребляет меньше энергии, по сравнению с классическими SSD-контроллерами. В компании надеются, что система найдет применение в периферийных вычислениях, аналитике больших данных и IoT.

    Недавно обновилась линейка накопителей Western Digital Blue. В апреле разработчики представили решение — WD Blue SSD на базе технологий SanDisk, которую WD приобрели год назад. Обновленные WD Blue SSD отличаются повышенной производительностью и энергоэффективностью. Архитектура выстроена на базе спецификации NVMe, которая открывает доступ к SSD, подключённым по PCI Express.

    Эта спецификация повышает эффективность работы SSD-накопителей с большим числом одновременных запросов и ускоряет доступ к данным. Дополнительно NVMe позволяет стандартизировать интерфейс SSD — hardware-производителям больше не придется тратить ресурсы на разработку уникальных драйверов, разъёмов и форм-факторов.

    Перспективы


    Рынок SSD-накопителей для ЦОД движется в сторону упрощения архитектуры, автоматизации работы компонентов хранилищ и повышения энергоэффективности. Разработка инженеров из MIT решает последнюю задачу. Авторы рассчитывают, что LightStore станет отраслевым стандартом для SSD-хранилищ в ЦОД. И можно предположить, что в будущем на его основе появятся новые, еще более эффективные архитектуры.



    Несколько материалов из Первого блога о корпоративном IaaS:

    • +14
    • 4,5k
    • 6
    ИТ-ГРАД
    265,10
    vmware iaas provider
    Поделиться публикацией

    Комментарии 6

      +1
      Уже были попытки сигейта сделать диски с ethernet наружу для свифта (мол, be'шки не нужны) Всё было хорошо, пока не показали цену. Спасибо, не надо.
        0
        А вот интересное продолжение от Мультикор.
        Контроллер сетевого твердотельного накопителя 1892ВК016
        Радиационно-стойкая микросхема 1892ВК016 предназначена для использования в качестве контроллера сетевого твердотельного накопителя информации (SSD) терабайтной емкости.

        Контроллер имеет 8 портов NAND Flash с возможностью подключения до 16 микросхем NAND Flash к каждому порту. Для удаленного доступа к памяти в микросхеме имеются каналы SpaceWire и встроенный 4-портовый коммутатор гигабитных интерфейсов SpaceFibre/GigaSpaceWire.
        Микросхема разработана и изготовлена на территории РФ.
          0
          эм… а айскази хранилища разве не напрямую к сети подключаются? а потом их сервера используют…
            0
            Вот не люблю я этих изнасилований ученых журналистами.

            Один узел потребляет 10 Вт вместо привычных 20 Вт (в SSD-системах, используемых дата-центрами сегодня).
            Правда что ли? Ну тогда гоу сюды, клик на Specifications и смотрим, што у
            Samsung 480GB PM1633a 2.5 inch Dual Port SAS Enterprise SSD, Power Consumption (active) 9W

            Cистема уменьшит расходы на электроэнергию в два раза.

            Даже если представить что обычный стиральный порошок SSD потребляет 20Вт, а новый 10Вт, то кроме него, в системе есть еще как минимум CPU (средненький E5-2699A — 145 Вт), кулеры, платы, карты, короче по самым скромным подсчетам, ватт 200 в idle. Получается, что поставив этот новый SSD, мы добьемся того что наша система будет потреблять не 200Вт, а целых 190Вт. С математикой у меня конечно туго, но мне кажется что это 5%, а 5% — аж никак не в два раза. Ну, или у меня что-то с логикой.

            И как у меня бедного, Cubietruck+TFT дисплей+SSD (хоть и не серверный) питаются от зарядки 5В 2А? :(
              0
              У меня NAS WD MyCloud c одним механическим диском потребляет 7.5Вт в пике.
                0
                Вряд ли у тебя проблемы с математикой, просто слагаемые не те взял :) В системе тот самый “как минимум CPU” — один. Ну, два, пусть будет система двухголовая. А SSD? Десятки. Сотни.

                Мы же не о твоём домашнем компутере?

              Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

              Самое читаемое