データストレージにおけるテクノロジーの進歩

企業は増え続けるデータ量を管理する革新的な方法を模索しており、今日のテクノロジーによりストレージソリューションをさらに活用できるようになりました。

Author ルイス・リャオ | 2022 年 11 月 14 日 | 全て, 企業

データは、今日企業が持つ最も重要な資産の 1 つです。組織はこれまで以上に多くの情報を作成および収集しているため、情報の保存、管理、アクセス、分析に課題が生じる可能性があります。

幸いなことに、企業がデータ量の増大の潜在的な利点を理解するために進化するにつれて、テクノロジーも進化して、そのデータを管理するための新しいツールを豊富に提供できるようになりました。

この記事では、エンタープライズデータの処理方法を変革し、改善しているいくつかのイノベーションを紹介します。

ゾーン化された名前空間 SSD

NAND フラッシュベースのソリッドステートドライブ (SSD) は、多くのエンタープライズストレージエコシステムにおける重要なコンポーネントです。もちろん、NAND フラッシュと SSD テクノロジは長年にわたって進歩しており、一部の SSD の元のアーキテクチャでは、今日のテクノロジによって可能になっているパフォーマンスの向上を実現できません。

たとえば、NAND フラッシュベースの SSD のフラッシュブロックは書き込み回数が有限に制限されています。データはフラッシュブロックにも順次書き込まれる必要があり、特定のブロックでデータが消去される場合は、新しいデータを書き込む前にそのブロック全体を消去する必要があります。これらの機能は、SSD コントローラーにあるフラッシュ変換層 (FTL) によって管理され、デバイス側の書き込み増幅、オーバープロビジョニング、DRAM、および間接化を使用して SSD ストレージブロックをホストと調整します。これらのアクションにより、SSD は任意のフラッシュブロックにデータを保存できるようになりますが、書き込み増幅の増加、オーバープロビジョニングの増加、スループットの低下、遅延の増加などの悪影響も伴います。

ゾーン化された名前空間 (ZNS) のおかげで、この状況はすべて変わります。 NVMe Technical Work Group によって開発され、2020 年にリリースされた ZNS は、SSD の内部動作をホストとより効果的に調整する業界標準です。

ソース： NMVexpress.org

ホストデバイスが SSD のメモリブロックへのデータの配置を制御する代わりに、アプリケーションがその制御を引き継ぎます。データは、メディアとより効率的に連携するゾーンに書き込まれます。これにより、SSD コントローラーがデータを効率的に書き込むために使用する間接オーバーヘッド、オーバープロビジョニング、その他すべての操作の必要性を削減できます。

従来の SSD コントローラーで使用されていた小さなトリックをすべて排除することで、ZNS SSD はスループット、遅延、SSD の寿命を向上させます。また、一部の専門家によると、ドライブの利用可能な容量を最大 20% 増加させることもできます。

コンピューティングエクスプレスリンク (CXL)

企業は、超高速のデータ処理速度と高度なサーバーパフォーマンスを求めています。これらの需要に伴い、組織がさまざまなデバイスタイプやメモリクラスにわたってロード/ストアできるソリューションの必要性も高まっています。

これを考慮してください。今日のサーバーの多く、特にハイパースケーラーのサーバーには、独自のオンボードメモリを備えたコンポーネントが含まれています。ホストプロセッサに接続されているメインメモリの他に、スマート NIC、GPU、ストレージ SSD が存在する場合もあります。これらのデバイスにはメモリキャッシュが搭載されていますが、場合によっては十分に活用されていないことがよくあります。つまり、システム全体で、多くのメモリがアイドル状態になっているということです。未使用のメモリを何千台ものサーバーで増やすと、その量は膨大になります。通常、これらのキャッシュは、接続するツールがない限り対話できません。

そこで Compute Express Link (CXL) の出番です。CXL は標準化されたキャッシュコヒーレントインターコネクトで、組織がすべてのメモリキャッシュを接続してより効率的に使用できるようにします。インターコネクタは PCIe Gen5 インターフェイスを利用し、組織は CXL または PCIe プロトコルのいずれかを使用することを選択できます。

CXL を使用すると使用率が向上し、組織がすでに持っているメモリをより多く活用できるようになります。キャッシュの一貫性とメモリリソースの共有は、システムパフォーマンスの向上とインフラストラクチャの複雑さの軽減に役立ちます。

NVMe over Fabric (NVMe-oF)

ストレージエリアネットワーク (SAN) のトランスポートプロトコルは、時間の経過とともに大幅に進化しました。 HDD ベースの SAN に接続するために、iSCSI、シリアルアタッチド SCSI (SAS)、ファイバーチャネルプロトコル (FCP) などのさまざまなプロトコルが開発されました。これらのプロトコルは HDD には十分なパフォーマンスを提供しましたが、SSD には十分ではありませんでした。 HDD を SSD に交換して HDD のボトルネックを解消した後、プロトコルがボトルネックになりました。 NAND フラッシュベースのストレージには、組織がテクノロジーのメリットを最大限に享受できるよう、さらに何かが必要でした。

NVMe over Fabric (NVMe-oF) は、NVMe を InfiniBand、ファイバーチャネル、イーサネットなどのファブリックに拡張します。 NVMe コマンドをカプセル化し、そのカプセルをストレージネットワークファブリック経由で転送します。このテクノロジーを使用すると、組織はローカルおよび SAN 経由の両方で、従来のプロトコルよりも効率的にデータにアクセスできるようになります。

NVMe-oF は、イーサネットやファイバーチャネルなどのネットワーク上で高速ロスレスデータ転送を実現することで、サーバーとストレージ間の接続をさらに効率的にし、CPU リソースをより効率的に利用することもできます。 NVMe-oF を使用すると、組織はサーバーから分離され、単一の共有プールとして管理される低遅延の高性能ストレージを活用できます。つまり、IT 部門はストレージリソースをこれまでよりもきめ細かく柔軟にプロビジョニングできるようになります。

シングルルート I/O 仮想化 (SR-IOV)

仮想化はエンタープライズコンピューティングの非常に重要な部分となっています。サーバーの使用率を向上させるだけでなく、組織がデータセンター内の物理ハードウェアの必要性を減らすことにも役立ちます。

シングルルート I/O 仮想化 (SR-IOV) 仕様は、ストレージ SSD などのデバイスがさまざまな仮想サーバー間で PCIe リソースを分離および分離できるようにすることで、仮想化を支援します。この開発以前は、複数の仮想マシン (VM) でリソースを共有する SSD では、その共有を可能にする VM マネージャーのプロセスにより I/O ボトルネックが発生し、パフォーマンスが低下していました。

SR-IOV を使用すると、VM マネージャーがリソース共有を管理する必要がなくなります。代わりに、SSD コントローラーなどの PCIe デバイスがその機能を引き継ぐことができます。マネージャーコンポーネントはその操作を処理する必要がなくなるため、パフォーマンスが最適化され、ベアメタルサーバーによって提供されるパフォーマンスレベルにさえ近づくことができます。

Phison がどのように役立つか

として PCIe Gen4x4 NVMe SSD ソリューションを出荷した最初の企業, Phison は、帯域幅を大量に消費するアプリケーション向けのハイパフォーマンスコンピューティングを可能にする業界のリーダーです。これらのソリューションの開発において、Phison は、より高速でより優れたデジタルエクスペリエンスに対する明日の需要を満たす機能の作成を支援しています。

- - データ転送速度が向上するにつれて、Phison はアプリケーションで最適に動作するようにカスタマイズされた PCIe Gen5 SSD プラットフォームを顧客に提供できます。
  - Phison は現在 ZNS SSD で開発中です顧客が必要とする高いパフォーマンス、サービス品質、効率性を達成することに全力で取り組んでいます。
  - SR-IOV では複数のホストが単一の SSD デバイスにアクセスできるため、各ホストからのトラフィックが相互に干渉する可能性があります。 Phison 独自の多機能サービス品質 (MFQoS) はそのトラフィックを制御し、各ホストの転送速度を一定に保つことができるため、より速い応答時間と優れた QoS が得られます。
  - Phison は研究開発に継続的に多額の投資を行っています新興テクノロジーと連携する SSD ソリューションを作成し、その製品が将来も保証され、明日のイノベーションを推進できるようにすることを目的としています。