北京2021年(nian)3月1日(ri) /美(mei)通(tong)社/ -- 2021年(nian)年(nian)初，SSD固態盤價(jia)格受產能(neng)供(gong)應緊缺因素影(ying)響開始上漲，目(mu)前(qian)240GB SSD報價(jia)由24.2美(mei)元(yuan)(yuan)上漲至(zhi)24.6美(mei)元(yuan)(yuan)；480GB SSD報價(jia)由44美(mei)元(yuan)(yuan)上漲至(zhi)44.5美(mei)元(yuan)(yuan)。

面對SSD固(gu)態(tai)盤(pan)價格快速上漲，浪(lang)潮在固(gu)態(tai)盤(pan)方面持續(xu)創新(xin)(xin)，推出了新(xin)(xin)一(yi)代ZNS（Zoned Namespace，分區命名(ming)空間）SSD，在性(xing)(xing)能、容(rong)量、壽命、成本、易用性(xing)(xing)等方面實(shi)現了飛(fei)躍式提升(sheng)。這是繼2019年IPF大會上浪(lang)潮存儲發布NVMe SSD固(gu)態(tai)盤(pan)之(zhi)后，浪(lang)潮存儲在固(gu)態(tai)盤(pan)技術方面的全(quan)面升(sheng)級(ji)。

什么是ZNS SSD?

ZNS SSD即分(fen)區命名(ming)空間固(gu)態硬(ying)盤，ZNS 是(shi)(shi)從 OC（Open Channel，開放(fang)通道）SSD基礎上發展而來(lai)的(de)，實現了(le)把(ba)FTL（Flash Translation Layer，閃存轉換(huan)層）從SSD內(nei)(nei)部遷移到上層的(de)Host端(duan)，把(ba)SSD內(nei)(nei)部開放(fang)給了(le)Host端(duan)，這樣用戶可(ke)以(yi)根(gen)據自己需要，比較靈活(huo)的(de)擁有(you)自己特定的(de)FTL，代價是(shi)(shi)軟件架構必須重新設(she)計，成本非常高，對用戶技(ji)術實力要求(qiu)也(ye)非常高。

ZNS協議將NVMe 2.0其中的一部分將進行標準化處理，以滿足行業需求。相比之下ZNS SSD規范更加標準，生態環境更加友好，簡化了軟件架構，用戶可以更加容易地根據自身場景需求(qiu)進行特(te)定軟件開發。

ZNS SSD將(jiang)FTL移(yi)至Host端(duan)進(jin)行(xing)數(shu)據(ju)(ju)管理(li)和I/O調度，NVMe ZNS提供了(le)分區存(cun)儲設備接口，該接口允許SSD和主(zhu)機(ji)在數(shu)據(ju)(ju)放置方面(mian)進(jin)行(xing)協作，根據(ju)(ju)數(shu)據(ju)(ju)類(lei)型的不同選擇單獨的存(cun)放位(wei)置，從而可(ke)以將(jiang)數(shu)據(ju)(ju)與SSD的物(wu)理(li)介質對齊，提高(gao)了(le)總(zong)體性能(neng)并增加了(le)主(zhu)機(ji)能(neng)直接讀寫的容量，并實現了(le)I/O隔(ge)離。

ZNS規范(fan)中，將SSD namespace的整個(ge)(ge)LBA（logical block address，邏(luo)輯區塊地址）范(fan)圍劃分為若干個(ge)(ge)等長的區間，等長的LBA區間成為一個(ge)(ge)zone，每(mei)個(ge)(ge)zone內(nei)必須以順序的方(fang)式進行(xing)寫(xie)入(ru)，每(mei)個(ge)(ge)zone有其獨立的狀態機(ji)進行(xing)管理(li)。

ZNS SSD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；configA是一種最有利于順序讀寫(xie)(xie)的配置(zhi)，這種方法可以保證讀寫(xie)(xie)過程(cheng)Die的并發性最好，一般來說標準SSD都(dou)會(hui)按照這種方式寫(xie)(xie)入。configB更有利(li)于Latency敏感的場景，每個用戶控制自己的Die，從而減少相互之間的影響。

由于(yu)zone內要求必(bi)須順序(xu)寫(xie)(xie)入(ru)(ru)(ru)(ru)，這(zhe)(zhe)樣在(zai)多線(xian)程寫(xie)(xie)入(ru)(ru)(ru)(ru)同(tong)一個(ge)zone時，線(xian)程之間會因(yin)為寫(xie)(xie)入(ru)(ru)(ru)(ru)指針的競爭(zheng)導致寫(xie)(xie)入(ru)(ru)(ru)(ru)速(su)度(du)受限或者出現(xian)寫(xie)(xie)入(ru)(ru)(ru)(ru)位置(zhi)不正確的問題，這(zhe)(zhe)樣同(tong)一個(ge)zone的寫(xie)(xie)入(ru)(ru)(ru)(ru)隊(dui)列深度(du)不能超過1，為了解決這(zhe)(zhe)個(ge)問題，ZNS提供(gong)了append附加寫(xie)(xie)和(he)ZRWA（Zone Random Write Area，分區隨機(ji)寫(xie)(xie)入(ru)(ru)(ru)(ru)區）兩種寫(xie)(xie)入(ru)(ru)(ru)(ru)模式：

其一，Append寫入(ru)模式。Append命令將(jiang)由SSD決定寫入(ru)的(de)LBA，并返回給用戶(hu)，這樣消(xiao)除了(le)主機軟件間的(de)zone寫入(ru)位置(zhi)競爭問(wen)題。

其二，ZRWA允許在SSD緩存中(zhong)對數據進(jin)行(xing)隨機寫入和就地覆蓋。與Zone Append命令相比，這種(zhong)方法在SSD上(shang)需要更多的資源。

普通SSD VS ZNS SSD

普通SSD產品，文件(jian)不能被驅動器分開(kai)寫入，最終導(dao)致具(ju)有不同生存(cun)期(qi)的文件(jian)被存(cun)儲在相同的erase單元中(zhong)，而ZNS SSD支持主機與存(cun)儲設備協作(zuo)放置(zhi)數據(ju)，可以實現應用程序控(kong)制(zhi)區域中(zhong)的數據(ju)放置(zhi)，即(ji)分區存(cun)儲。

ZNS SSD主要(yao)是為了能夠充分利用(yong)(yong)底(di)層(ceng)介質(zhi)的存儲(chu)(chu)容量(liang)，同(tong)時發揮(hui)介質(zhi)本(ben)身的特性(xing)優(you)勢，例如(ru)(ru)ZNS針(zhen)對QLC NAND閃存SSD，它(ta)可(ke)以(yi)(yi)根據(ju)數(shu)據(ju)的類型和(he)訪問頻率采用(yong)(yong)不同(tong)的數(shu)據(ju)分區(qu)(qu)方式(shi)，以(yi)(yi)減少整體寫放大，從而延(yan)長硬盤壽命，同(tong)時，還可(ke)以(yi)(yi)改(gai)進的I/O訪問延(yan)遲，支持主機與存儲(chu)(chu)設備協(xie)作放置數(shu)據(ju)，如(ru)(ru)下圖展示了普通(tong)SSD與ZNS區(qu)(qu)別(bie)。

ZNS SSD要求所(suo)有zone只能(neng)順序寫(xie)入(ru)（或(huo)者(zhe)append等），不能(neng)出現(xian)(xian)復寫(xie)操(cao)作，重新(xin)使用前需(xu)要對(dui)zone執行zone reset命令等，這樣應(ying)用及驅(qu)動都需(xu)要更多的(de)(de)配(pei)合(he)ZNS SSD，不過當前各大存儲系統(tong)及開(kai)源工(gong)具(ju)都已經或(huo)者(zhe)計劃(hua)完成ZNS SSD的(de)(de)適配(pei)與支持,標(biao)準化的(de)(de)接口實現(xian)(xian)了強(qiang)大的(de)(de)軟件和硬件生態系統(tong)。

相比普通(tong)SSD產品，ZNS SSD主要有五大優(you)勢：消(xiao)除了(le)(le)SSD的(de)GC（Garbage Collection，垃圾回(hui)收）進程(cheng)的(de)WAF（Write Amplification，寫放大）、消(xiao)除了(le)(le)傳統(tong)的(de)OP（Over provisioning，預留空(kong)間(jian)）空(kong)間(jian)、由(you)于較小的(de)映射表，DRAM更(geng)少、更(geng)高的(de)吞吐量和更(geng)低的(de)延遲、大幅(fu)提(ti)升SSD盤壽命。

浪潮ZNS SSD介紹

浪潮是國內(nei)率先推出ZNS SSD全(quan)新架構方案的廠商，ZNS存儲(chu)(chu)技術針對的是云場(chang)景應用，主(zhu)適用于大容(rong)量空間存儲(chu)(chu)的數據，例如高清視(shi)頻、圖像等。

浪潮存(cun)儲SSD研發團隊與云(yun)服務提供商緊密合作(zuo)，對其軟件堆棧(zhan)進行自上而(er)下的優化，完成了業務適配和定制化SSD開(kai)發，實現了分區存(cun)儲，技(ji)術實力得到了用戶高(gao)度認(ren)可(ke)，滿足業務發展需求的同時，TCO總體擁有成本大(da)幅(fu)降(jiang)低，為(wei)客戶帶來了可(ke)觀的經濟效益。

浪(lang)潮自研(yan)ZNS全新架構SSD，在(zai)容(rong)量、壽命、成本、易用性(xing)、性(xing)能等方面實(shi)現了飛躍式提升(sheng)，如下(xia)量化數字以8TB盤(pan)對標浪(lang)潮NS8600G1 6.4TB容(rong)量點呈(cheng)現：

首先成本優勢，對比(bi)普通SSD，同等容(rong)量(liang)(liang)的浪(lang)潮ZNS SSD對DRAM的需求更少，DDR成本縮減97%；SSD內部OP空(kong)間極大降(jiang)低，容(rong)量(liang)(liang)提升(sheng)34%，釋(shi)放更多(duo)的容(rong)量(liang)(liang)給存儲系統；降(jiang)低了SSD的寫(xie)(xie)放大，提高了DWPD（Drive Writes Per Day，驅動器日寫(xie)(xie)入量(liang)(liang)），將(jiang)SSD壽(shou)命提升(sheng)70%；

其次性能優勢，浪潮ZNS SSD能夠顯著降低寫延時，通過zone在物理上的隔離，可以極大地降(jiang)(jiang)低寫(xie)時延；提(ti)高吞吐(tu)量，寫(xie)放大可以(yi)降(jiang)(jiang)低至接(jie)近于1，提(ti)供更多的(de)帶寬給(gei)用(yong)戶，SSD全(quan)部資源用(yong)于應用(yong)的(de)讀寫(xie)，性能整體提(ti)升210%。

未(wei)來浪潮存(cun)(cun)儲(chu)(chu)(chu)將秉承(cheng)“云(yun)存(cun)(cun)智用 運籌新數據”的(de)存(cun)(cun)儲(chu)(chu)(chu)理(li)念(nian)，在發力分布式存(cun)(cun)儲(chu)(chu)(chu)和全閃存(cun)(cun)儲(chu)(chu)(chu)兩大(da)存(cun)(cun)儲(chu)(chu)(chu)平臺之(zhi)外，不斷推(tui)出更(geng)高(gao)性能、更(geng)大(da)容量的(de)SSD固(gu)態盤，實現從存(cun)(cun)儲(chu)(chu)(chu)部(bu)件到存(cun)(cun)儲(chu)(chu)(chu)系統(tong)的(de)全面(mian)創新，加速企業數字化轉型。

作者：浪潮存儲產品經理 宗崗崗、浪潮存儲SSD資深架構師 趙寶林