当闪存成为大势所趋，浪潮 ZNS SSD 如何靠创新站上 C 位？

背景: 今天的主角, 是一枚巴掌大的 SSD 闪存盘。相比人们广为熟知的 U 盘, 恐怕一百个人里,99 个没有研究过企业级闪存盘, 但成千上万块企业级闪存盘, 却或是镶嵌在百度、腾讯、阿里、字节跳动等互联网巨擘的数据中心里, 或是承载着银行、运营商、大科研工程等核心行业用户的关键业务。可以说, 企业级闪存盘, 记录并加速着整个数字时代。

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浪潮存储基于对新数据存储的前瞻洞察, 在闪存盘关键部件领域持续投入和创新。早在 2019 年浪潮就进入闪存领域并发布企业级 NVMe SSD, 时隔两年再次推出新一代分区闪存盘 --ZNS SSD, 浪潮凭借快速创新能力站上了企业级闪存领域的"C 位"。

浪潮企业级闪存盘

ZNS SSD 闪存盘新技术集大成者

人类社会有个基本规律: 每隔一段时间, 会有一种东西出现, 用来打破原有的平衡, 形成新的平衡, 这就是熵增定律。薛定谔曾经说过"生命以负熵为生", 爱丁顿爵士也表示熵增定律是自然界至高无上的原则。

这个定律在数据存储领域也得到验证。从结绳石刻、竹简帛纸到磁带磁盘, 人类自诞生之日起就一直在探寻存储信息的方式。如今, 闪存盘实现了对机械盘的全面超越, 根据中国信通院发布的《下一代数据存储技术研究报告》,SSD 闪存盘比机械盘性能高出 1000 倍以上、时延降低百倍、功耗降低 70%, 业界普遍认为闪存盘是存储行业的发展方向。

在生机勃勃、高速发展的闪存盘领域,ZNS SSD 无疑是融合 Open Channel 和 NVMe2.0 新技术的集大成者。一方面,ZNS SSD 是在 Open Channel SSD 开放通道闪存盘基础上发展而来的, 因此它继承了 Open Channel SSD I/O 分离、可预测性延迟等优势。另一方面,ZNS 协议将 NVMe 2.0 中的一部分进行了标准化处理, 简化了软件架构, 化解了 Open Channel 过于灵活发散、不利于规范化、标准化的难题, 使得企业更加易于根据自身场景需求更加进行特定软件开发。

浪潮信息存储产品经理宗岗岗表示,"相比普通 SSD, 新一代 ZNS SSD 具有三大优势"。一是采用顺序写入方式大幅缩减了整盘的写放大, 提升了 SSD 使用寿命; 二是 NAND 闪存颗粒控制机制对应用透明化, 有效提升读写性能、降低了延迟; 三是普通 SSD 保存每 TB 数需要提供 1GB 预留空间作为 FTL (Flash Translation Layer) 闪存转换层, 这就好比每本字典需要留几页作为目录, 浪潮 ZNS SSD 基于顺序写入技术降低了整盘的预留空间需求。

当理想遇到现实 ZNS SSD 技术门槛如何突破

像很多新技术一样, 尽管 ZNS SSD 具有诸多优势, 但摆在它面前的还有诸多挑战, 对企业的技术能力提出了更高要求。ZNS SSD 把 FTL 从 SSD 内部迁移并开放给了上层的 Host 端, 让用户可以根据自己需要灵活的拥有自己特定的 FTL, 但其软件架构必须重新设计, 对企业用户的技术能力提出了更高的要求。

当对蓬勃发展的新技术迎面撞上骨感的现实, 很多厂商会知难而退, 但在浪潮信息 SSD 产品总经理胡文锋看来, 这反而为浪潮存储这样的技术型厂商提供了创新和突破的空间。浪潮存储能够让 ZNS SSD 标准更加规范、生态更加友好。由于其十分灵活的特性, 国内一些厂商特别是公有云厂商对 ZNS SSD 非常感兴趣, 一些应用也在陆续落地, 应用效果逐步展现。

浪潮 ZNS SSD 创新之道: 基于场景做定制

ZNS 存储技术针对的是云场景应用, 适用于大容量空间存储的数据, 例如高清视频、图像等。浪潮存储 SSD 研发团队与云服务提供商紧密合作, 对其软件堆栈进行自上而下的优化, 完成了业务适配和定制化 SSD 开发, 实现了分区存储, 技术实力得到了用户高度认可, 满足业务发展需求的同时,TCO 总体拥有成本大幅降低, 为企业带来了可观的经济效益。

面对 SSD 盘价格居高不下的状态, 浪潮在国内率先推出了新一代 ZNS SSD 全新架构方案, 在性能、容量、寿命、成本、易用性等方面实现了飞跃式提升。

浪潮 ZNS SSD 闪存盘 IO 测试结果

以一个 8.5T 容量的浪潮 ZNS SSD 与一个 6.4T 容量的普通 SSD 作为对照, 以半随机模式进行测试, 测试流程如下: 用应用软件模拟 2 个顺序写入数据流, 数据块大小是 128k, 两个数据流分别操作全盘各 50% 的容量, 空盘开始执行测试, 直至达到稳态。

测试结果显示, 浪潮 ZNS SSD 总带宽稳定在 3.2GB/s, 而普通 SSD 总带宽从 3.2GB/s 下降并稳定在 0.8GB/s 至 1.1GB/s。对比普通 SSD, 浪潮 ZNS SSD 容量提升了 33%, 寿命延长了 140%, 性能超出 210%; 同时, 每 GB 的成本下降了 60%, 整体 TCO 降低了 24%。

浪潮: 打造全球领先的自主品牌 SSD

与国内很多厂商不同, 浪潮是先有服务器再有 SSD。2020 年浪潮服务器在中国的市场份额超 40%, 使用的企业级 SSD 已经超过 200 万片。浪潮企业级 SSD 不仅可以在浪潮服务器、存储、超融合产品中有大量应用, 还可以适配支持过亿表单的数据库场景。

IDC 预计到 2023 年有超过 90% 的数据将由机器产生, 生成的数据总量将达到 103 ZB, 企业面临三大挑战: 其一如何管理多样化、离散化数据, 其二需要平衡性能、密度和成本, 其三如何通过软硬件协同实现降本增效。以数据库为例, 浪潮存储将云溪数据库与 ZNS SSD 进行了联调优化, 把 ZenFS 作为后端存储 RocksDB 的新型底层, 将 Zone 映射到 SST (Static Sorted Table, 静态排序表文件), 底层存储介质 ZNS SSD 以 Zone 形式写入数据, 使得 SSD 写放大降为 1, 寿命提升 140%, 成本大幅降低。

浪潮 ZNS SSD 与云溪数据库进行联调

同时, 浪潮企业 SSD 还可以直接向行业用户供货, 目前浪潮企业级 SSD 已经应用于通信运营商、顶级公有云厂商以及金融等行业核心用户场景。

不仅如此, 浪潮 SSD 还助力浪潮分布式存储、云海虚拟化产品在国际基准性能测试中刷新纪录。今年 7 月, 浪潮企业级 SSD 助力浪潮分布式存储在 SPC-1 测评中获得全球第一, 随后在 8 月份, 采用浪潮 SSDD 的浪潮云海虚拟化 InCloud Rail 获得 SPECVirt 全球第一。"未来随着云、大数据、AI 等新技术发展, 海量非结构化数据爆发, 浪潮企业级 SSD 会迎来更广阔的应用空间", 宗岗岗表示。

浪潮 SSD 助力浪潮分布式存储夺得 SPC-1 性能全球第一

浪潮存储基于"云存智用运筹新数据"理念, 在发力分布式存储和全闪存储两大存储平台之外, 不断推出更高性能、更大容量的 SSD 固态盘, 实现从存储部件到存储系统的全面创新, 加速企业数字化转型。