北京2021年6月7日 /美通社/ -- 當前隨著新技術(shù)不斷涌現(xiàn)以及線下業(yè)務(wù)向線上“大遷徙”，公有云市場迎來高速發(fā)展，但同時公有云平臺“囤積”的數(shù)據(jù)量急劇增長，如何“存好”、“用好”海量數(shù)據(jù)成為公有云業(yè)務(wù)發(fā)展的重要議題。浪潮新一代ZNS（Zoned Namespace，分區(qū)命名空間）SSD閃存盤基于業(yè)界領(lǐng)先的分區(qū)存儲技術(shù)，能夠?qū)伪P性能最高提升210%，成為公有云業(yè)務(wù)的加速器。
公有云市場高速發(fā)展，中國增速領(lǐng)跑全球
隨著新技術(shù)不斷涌現(xiàn)以及線下業(yè)務(wù)向線上“大遷徙”，全球及中國公有云市場正在高速發(fā)展，根據(jù)IDC公布的《2020年全球及中國公有云服務(wù)市場跟蹤報告》，2020年全球公有云服務(wù)整體市場規(guī)模達到3124.2億美元，同比增長24%，中國公有云服務(wù)整體市場規(guī)模達到193.8億美元，同比增長50%，在全球各區(qū)域中增速最高。
公有云業(yè)務(wù)的高速發(fā)展，勢必會帶動存儲、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)等底層IaaS基礎(chǔ)設(shè)施的市場需求，數(shù)據(jù)顯示2020年中國IaaS市場規(guī)模同比增長54%。越來越多的公有云用戶意識到，他們處理數(shù)據(jù)的效率、方式將直接轉(zhuǎn)化為業(yè)務(wù)的增長，公有云業(yè)務(wù)對數(shù)據(jù)實時性的需求日益迫切，IDC調(diào)研顯示2020年實時數(shù)據(jù)在全球數(shù)據(jù)圈占比達到20%，這一數(shù)字到2023年將達到25%。NVMe SSD閃存盤作為一種延時低、高吞吐、低功耗的存儲介質(zhì)被廣泛應(yīng)用公有云存儲業(yè)務(wù)中。
云存儲發(fā)展呈現(xiàn)業(yè)務(wù)多元化、數(shù)據(jù)規(guī)模化、性能高速化趨勢，對底層硬件和系統(tǒng)軟件架構(gòu)有了更高的要求。舉例來看，某家公有云廠商的主要業(yè)務(wù)是備份、日志存儲、小型關(guān)系數(shù)據(jù)庫與對數(shù)據(jù)可靠性有一定要求的開發(fā)測試場景，NoSQL數(shù)據(jù)庫、中大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫、高性能數(shù)據(jù)庫、Elastic Search搜索等IO密集型應(yīng)用，以及Hadoop離線數(shù)據(jù)分析等大文件順序讀寫場景，面對如此復(fù)雜海量的業(yè)務(wù)，底層存儲介質(zhì)和系統(tǒng)軟件架構(gòu)，已經(jīng)成為整個存儲集群的性能瓶頸，無法滿足現(xiàn)有的業(yè)務(wù)發(fā)展需求。
公有云場景涵蓋大量“性能密集型”業(yè)務(wù)
公有云業(yè)務(wù)的爆發(fā)增長對業(yè)務(wù)性能提出了更加苛刻的要求，產(chǎn)生了對高IOPS、低讀寫延時、高壽命，同時保證產(chǎn)品可靠性的存儲介質(zhì)需求，在滿足這些客戶基本業(yè)務(wù)場景需求基礎(chǔ)上，NVMe SSD成本也需要進一步降低。
浪潮閃存盤：與用戶態(tài)軟件棧深度融合，盤活公有云數(shù)據(jù)
為了滿足公有云業(yè)務(wù)對于高性能數(shù)據(jù)存儲和成本的需求，浪潮存儲聯(lián)合云廠商對原有集群系統(tǒng)軟、硬件架構(gòu)進行全面升級。浪潮自研ZNS SSD閃存盤與基于SPDK（Storage Performance Development Kit,存儲性能開發(fā)工具包）的主機端軟件生態(tài)深度融合，實現(xiàn)ZNS SSD與主機端的Zone FTL（Flash Translation Layer，閃存轉(zhuǎn)換層）二者協(xié)同下發(fā)數(shù)據(jù)，共同為公有云應(yīng)用提供分區(qū)存儲能力，提升公有云用戶數(shù)據(jù)訪問體驗。
浪潮新一代ZNS SSD適配公有云塊存儲場景
其一面向公有云的不同應(yīng)用場景，讓每個分區(qū)像“樂高積木”一樣進行靈活組合、映射。
浪潮新一代ZNS SSD閃存盤內(nèi)部可以根據(jù)不同的應(yīng)用場景將不同的Zone與不同的物理位置進行映射。如下圖所示，浪潮當前采用config.B架構(gòu)，Zone分區(qū)大小約為1.5G, 單個Zone寫帶寬達到1700MB/s，兩個Zone同時寫入總帶寬可以達到3400MB/s。浪潮ZNS SSD可以靈活采用config.A或者config.B架構(gòu)，其中config.A中單Zone寫入帶寬可以達到滿帶寬，config.B既保證了一定的單Zone寫入帶寬也可以滿足多Zone寫入QoS需求。
浪潮ZNS SSD可靈活采用config.A或者config.B架構(gòu)
其二，浪潮閃存盤實現(xiàn)小范圍隨機寫和大容量順序?qū)憽巴ǔ浴保岣邤?shù)據(jù)訪問效率。
浪潮新一代ZNS SSD閃存盤既支持Zone分區(qū)小范圍隨機寫又支持大容量Zone應(yīng)用。在隨機寫業(yè)務(wù)中，浪潮ZNS SSD降低了業(yè)務(wù)層隨機轉(zhuǎn)順序的復(fù)雜度，提升了SSD易用性。Zone Append技術(shù)打破“寫QD=1”的限制，提升寫并發(fā)度以及隨機性，充分發(fā)揮ZNS性能優(yōu)勢。此外浪潮ZNS SSD還有利于大容量Zone的應(yīng)用，通過降低Write pointer敏感度，從而避免了寫異常情況的出現(xiàn)。
浪潮ZNS SSD對Write和Append進行優(yōu)化（QD1 write@4k帶寬 800M/s，QD1 write@128k帶寬 1100MB/s，QD4 append@128k帶寬>1700MB/s）
浪潮存儲研發(fā)團隊聯(lián)合云廠商面向公有云場景完成SPDK與ZNS SSD適配，打通了SPDK19.10與ZNS SSD盤通路，實現(xiàn)SPDK對ZNS協(xié)議的支持。同時還完成SPDK 20.10的I/O適配與業(yè)務(wù)適配，保證了SPDK運行中的產(chǎn)品穩(wěn)定度，12盤位在極限壓力下可以長穩(wěn)運行7天以上，并確保熱插拔、上下電長期測試等指標達標。
測試結(jié)果顯示，浪潮新一代ZNS SSD（容量8T）在多流順序?qū)懛矫鎯?yōu)勢明顯，ZNS盤持續(xù)寫入性能穩(wěn)定，且性能優(yōu)于容量6.4T標準SSD 2.5倍以上。
浪潮新一代ZNS SSD優(yōu)化多流順序?qū)懶阅?，高于標準SSD2.5倍
給公有云用戶一款“跑得快、用得省、買得起”的閃存盤
與標準盤相比，浪潮存儲通過ZNS SSD閃存盤與用戶端態(tài)軟件棧的融合協(xié)同，能夠為公有云用戶帶來幾大好處。
其一，性能大幅提升，隨機寫性能由250K提升至775K，性能提升210%，多流順序?qū)憙?yōu)于標盤2.5倍以上；
其二，實現(xiàn)閃存盤容量利用率最大化，以接近于1的WAF（Write Amplification，寫放大）基本上消滅了GC（Garbage Collection，垃圾回收）和OP（Over provisioning，預(yù)留空間）空間，ZNS SSD的物理容量即是用戶可用容量。
同時浪潮存儲提升了閃存盤在公有云場景中的使用壽命，使得DWPD（Drive Writes Per Day，驅(qū)動器日寫入量）從標準盤的3.1提升至6.8（5年），閃存盤壽命大幅提升。
在滿足公有云業(yè)務(wù)負載的同時，浪潮ZNS SSD能夠?qū)⒖傮w擁有成本（TCO）降低37%，相比標盤，每GB成本降低39%以上，為公有云用戶帶來了可觀的經(jīng)濟效益。
未來云、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)加速發(fā)展，中國公有云業(yè)務(wù)仍將保持高速增長態(tài)勢，預(yù)計到2024年中國公有云在全球市場的占比將從2020年的6.5%提升為10.5%。浪潮存儲基于“云存智用 運籌新數(shù)據(jù)”理念，持續(xù)推進SSD在統(tǒng)一存儲、分布式存儲中的應(yīng)用，包括在統(tǒng)一存儲中將自研SSD與盤控一體化技術(shù)深度融合，在分布式存儲中深入整合ZNS分區(qū)命名空間、KV（Key-Value）鍵值等前沿技術(shù)，實現(xiàn)上下層軟件全線打通適配，讓整機更懂SSD、讓SSD更適配方案，釋放數(shù)據(jù)價值加速數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
作者：浪潮存儲產(chǎn)品經(jīng)理 宗崗崗、SSD資深架構(gòu)師 趙寶林
