Грядет эпоха зебибайтов, поэтому производители устройств хранения данных вроде Western Digital ищут способы улучшить технологии твердотельных накопителей. Первый ZNS SSD этого производителя должен обеспечить значительный прирост скорости и уменьшить расходы в сегменте облачного хранения, аналитики и машинного обучения.
В современных компьютерах когда-то бывшие небольшими и дорогими SSD стали распространены благодаря падению стоимости за гигабайт. Скорость является их главным достоинством не только для домашних компьютеров, но и для корпоративных, рабочих станций, консолей и мобильных устройств.
Первое поколение потребительских SSD не в полной мере раскрывало потенциал флеш-памяти. Причины в использовании существовавших ранее интерфейсов для жёстких дисков, которые были ограничены по пропускной способности и применяли протоколы связи для вращающихся магнитных дисков. Проблема частично была решена с появлением дисков PCIe SSD в 2007 году и протокола NVMe в 2011 году. Теперь потребительские SSD способны обеспечить скорость передачи данных более 7000 Мб/с.
Даже этих двух технологий недостаточно для использования параллельной архитектуры ввода-вывода в хранилищах на основе флеш-памяти для обеспечения минимальной задержки и повышения долговечности работы при использовании многоуровневых ячеек в SSD высокой ёмкости. Такие ограничения особенно важны в датацентрах, где задержки являются одним из ключевых параметров.
Для решения этой проблемы предлагается инициатива Zoned Namespaces Storage (ZNS). Программный стек позаимствован у SMR HDD. Данные размещаются по зонам, что сокращает расширение записи и процент резервируемой ёмкости. Это позволяет использовать большую часть накопителя, а когда таких накопителей в датацентрах много, на этом можно немало сэкономить.
Другое преимущество этого подхода в том, что раз ZNS работает в больших зонах вместо блоков 4K, уменьшается сбор мусора в фоновом режиме по сравнению с традиционными SSD. Это обеспечивает более стабильную скорость чтения и записи. Поскольку обработку и управление данными осуществляет хост, уменьшается потребность в большом кеше.
Western Digital анонсировала накопитель Ultrastar DC ZN540 на основе этих принципов. Разработчики утверждают, что он способен заменить четыре традиционных SSD при более низких задержках, повышенной пропускной способности и долговечности.
Этот накопитель использует память 3D QLC NAND с 96 слоями и кастомный совместимый с NVMe 1.3c контроллер под два порта с полной поддержкой спецификации ZNS Command Set 1.0. Это корпоративный накопитель в форм-факторе U.2, который можно устанавливать в существующие серверы. Программный стек такой же, как у HDD типа shingled magnetic recording (SMR).
Пропускная способность выросла в 4 раза, задержка уменьшилась на 57% при высокой нагрузке. Тестирование в RocksDB показало уменьшение задержек в 2,5 раза. Базы данных вроде MySQL также получат прирост скорости при работе на таких накопителях.
Эти улучшения не требуют вносить изменения в существующие контроллеры. Что означает, что и нынешние накопители смогут получить все эти достоинства при помощи обновления прошивки.