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企业级SSD未来靠ZNS技术,SMR技术恐被削弱

原标题:企业级SSD未来靠ZNS技术,SMR技术恐被削弱

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根据市场研究公司IHS Markit的数据,2018年全球固态硬盘市场将达到324亿美元,到2022年将增长到518亿美元。这一增长将主要得益于企业级SSD市场,年增长率为15.7%。

市场增长空间大,市场规模在扩大,竞争自然也少不了。

为此,WD、SK Hynix、Seagate、Toshiba,技术创新迭代就显得非常重要。

你争我夺,你抢我赶。前赴后继,很有意思。

WD西部数据并没有先发制人

Western Digital正在发起一项名为“分区存储”Zoned Name Spaces (ZNS) 的开放性计划,以说服业界为新兴的大容量驱动器开发标准和软件,从而使自己的阵营变得更大。

这些硬盘包括叠瓦式磁记录(Shingled Magneting Recording/SMR)技术,WD预计到2023年其一半的硬盘驱动器将在SMR上交付。以及分区命名空间Zoned Name Spaces (ZNS) SSD,预计在2020年交付,但并没对外发布具体的商用上市时间。

SMR和ZNS都改变了服务器与存储交互的方式,并且需要传统驱动器不需要的额外软件。

SMR驱动器相互重叠相邻的磁道,就像屋顶上的木瓦。这有助于将更多的数据压缩到单个盘片上,但会对性能产生负面影响,因为写入磁盘的任何信息都必须首先按顺序重新排列。这项技术不是WD的专利,它的主要竞争对手希捷也提供SMR驱动,并且做得还特别有专长。

至于ZNS,它是NVM Express(NVMe)中一个新的、未完全批准的标准,它根据SSD的内部物理特性对齐“区域”,消除了数据放置的效率低下,并减少了DRAM的使用。可以让上层软件可以最大限度地使用底层存储容量发挥出介质的最大效用。与SMR一样,这种方法需要在写入数据之前进行串行化,而这需要由主机系统来完成;数据不能从一个区域中删除,而是删除整个区域。

ZNS驱动器减少了用于过度配置的额外闪存,因为它们不希望频繁写入,因此成本更低。

SK Hynix海力士可能领先商用ZNS SSD

除WD外,从事ZNS驱动的公司还包括SK Hynix海力士。(来,我们互相伤害一下。)

SK Hynix对外表示,ZNS是一种软件技术,通过将SSD存储空间划分为多个分区来增强数据存储管理。SK海力士公司将于2019年底完成基于ZNS技术的SNS开发,并在2020年上半年将产品商品化。

SK Hynix ZNS SSD可以频繁地在驱动器的不同区域保存具有类似使用和访问模式的数据,包括音乐、视频和图像等类型数据。同时,标准的SSD可以在驱动器的任何位置存储任何类型的文件。

SMR和ZNS这两种存储技术针对的是各种云供应商,主要适用于大容量存储的数据,例如高清视频、图像等文件

WD想拉帮结派,可能么?

对于WD分区存储来说,汇集了开发人员与SMR和ZNS驱动器交互所需的开源工具和信息资源,希望创建一个单一的存储堆栈。WD的竞争对手被邀请参与,WD希望这股ZNS技术潮流涨潮把所有船只都抬高。

另外,WD在北京的一次新闻发布会上展示了一款20TB的SMR硬盘,预计将于2020年出货。可见,WD西部数据的企业级SSD未来靠ZNS技术,SMR可能会被削弱使用。当然,WD西部数据的SMR本就没有友商强势。

但是,在SMR上被希捷Seagate、东芝Toshiba超越之后,WD西部数据想在ZNS上拉帮结派,可能么?

SMR和ZNS两种技术差异,你不能不知道?

进一步来分析对比一下SMR和ZNS这两种技术的差异性:

叠瓦式磁盘概念这意味着驱动器可以容纳大约20%以上的数据。但数据不能再被直接重写,因为这也会改变底层的写入轨迹。

相反,当块中的任何数据需要重写时,整个写轨迹块都会被重写。这就需要读取数据块中的数据,添加新数据,然后将数据写回磁道块。

需要注意的三点:首先,当写数据块恢复以供在SSD中重用时使用,这类似于读程序擦除read-program-erase (PE) 循环。第二,在Western Digital的方案中,主机管理瓦状驱动器的重新写入过程,而不是驱动器本身。第三,一个磁道的块(a block of tracks )也是一个磁道的分区(a zone of tracks)。

叠瓦式磁盘正受到需要尽可能经济高效地存储以读为中心的PB级大容量数据的超大型客户的青睐,他们喜欢将原始的14TB磁盘转变为16TB瓦状磁盘。

再看看Zoning NAND,在某些情况下,这些客户需要比磁盘存储更快地访问读取密集型参考数据。比QLC(4bit/cell)flash闪存向前一步。但是,它比TLC(3bit/cell)闪存消耗得更快。QLC的PE循环数较低,可能为1000到1500。

数据写在SSD中任何有可用空间的地方,而不参考使用模式或访问频率。每个SSD都会处理自己的数据删除,在一个称为垃圾收集的过程中,回收块以供重用。

这包括读取块中的任何有效数据,并将其写入SSD中的其他位置,以便擦除和恢复整个块的内容。

额外的写入称为写入放大,如果写入放大系数尽可能低,这可以延长SSD的寿命。Western Digital西部数据认为分区可以实现这一点,并且主机管理叠瓦式驱动器的应用程序,同样可以很好地管理ZNS SSD,因为接口基本相同。

NVMe访问SSD具有并行IO队列,在WD的开放通道Open-Channel SSD概念方案中,这些队列可用于将不同的数据类型定向到SSD的不同区域。这些区域可以跨越多个模具,它们的大小取决于SSD的块大小。

所谓Open-Channel SSD指的是FTL(Flash translation layer)不在device 端, 而是由Host的操作系统维护的SSD。需要指出的是Linux内核从4.4版本开始已经支持 Open-Channel SSD, 并提供符合NVMe协议的抽象层叫lightNVM

再进一步分析来看,驱动器的地址空间被称为其逻辑块地址Logical Block Address(LBA)范围,从概念上讲,它被划分为块,这些块是SSD块大小的倍数。

块被分组到区域中,这些区域与NAND块大小对齐,分区zone容量与 SSD的容量对齐。

不同的区域可以专用于不同类型的数据(如音乐、视频、图像等),因此任何一个分区zone内的数据使用模式都是恒定和可预测的。

每个分区zone按顺序写入。任何一种类型的传入数据都被划分成块大小的块,并以顺序格式写入特定的分区zone。分区zone可以随机读取,并作为一个整体删除,这将导致的写入放大减少到接近零,延长了SSD的寿命。

SSD控制器本身的工作负载被减少,它需要更少的DRAM来完成这项工作,从而降低了成本。除了降低写放大系数外,SSD在其工作寿命期间需要较少的过度配置容量来替换磨损的单元。IO性能更稳定,因为设备端垃圾收集或磨损均衡几乎没有中断或没有中断。

相比之下,这就是Zoned NameSpace SSD带来的技术好处,在成本、寿命、性能上都能发生新的变化。

——Aming编辑评论——

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