システムは、エネルギーコストを半分に削減します。
/写真アンディ・メルトン CC BY-SA
新しいアーキテクチャが必要な理由
Data Center Dynamicsによると 、2030年までに、電子デバイスは地球上で生成されるすべてのエネルギーの40％を消費します。 このボリュームの約20％はITセクターとデータセンターになります。 ヨーロッパのアナリストによると 、データセンターはすでに全電力の1.4％を「消費」しています。 この数値は、2020年までに5％に上昇すると予想されています。
SSDストレージで消費される電力の大部分。 2012年から2017年の期間に、データセンターのソリッドステートドライブのシェアは8から22％に増加しました 。 SSDはHDDよりも消費電力が3分の1少ない（ PDF、p。13 ）が、データセンター規模では、電気代は依然として大きい。
データセンターのソリッドステートドライブの消費電力を削減するために、MITのエンジニアはSSDストレージの新しいアーキテクチャを開発しました。 LightStoreと呼ばれ、ストレージサーバーをバイパスして、データセンターのネットワークにドライブを直接接続できます。 著者によると 、このシステムはエネルギーコストを半分に削減します。
仕組み
LightStoreは、ドライブに対するユーザーリクエストがキーとして表示されるキーと値のフラッシュストレージです。 次に、サーバーに送信され、サーバーはこのキーに関連付けられたデータを発行します。
このシステムには、エネルギー効率の高いプロセッサ、DRAM、NANDメモリが統合されています。 コントローラと特別なソフトウェアによって制御されます。 コントローラはNANDアレイの操作を担当し、ソフトウェアはKVリクエストの処理とキーペアの保存を担当します。 ソフトウェアアーキテクチャは、多くの最新のDBMSで使用されているLSMツリーに基づいています。
アーキテクチャスキームは次のように表すことができます。
この図は、LightStoreの基本的なコンポーネントを示しています。 ノードのクラスターは、キーと値のペアで機能します。 アプリケーションサーバーは、アダプターを使用してシステムに接続します。 クライアントリクエスト（POSIX APIからのfread（）など）をKVリクエストに変換します。 このアーキテクチャには、 YCSB 、ブロック（BUSEモジュールに基づく）、およびファイルストレージ用の個別のアダプターもあります。
リクエストを配信する際、アダプターは一貫したハッシュを使用します。 RedisやSwiftなどのシステムで使用されます。 KV要求キーを使用して、アダプターはハッシュキーを生成し、その値によってターゲットノードが決定されます。
LightStoreクラスターの容量は直線的に拡大します-追加のノードをネットワークに接続するだけです。 場合によっては、新しいスイッチを購入する必要があります。 ただし、開発者は各ノードに、NANDチップを接続するための追加のスロットを提供しました。
建築の可能性
MITのエンジニアは、LightStoreベースのソリューションの10ギガビットイーサネットの帯域幅は620 Mbpsであると言います。 1つのノードは、通常の20ワットではなく10ワットを消費します（今日のデータセンターで使用されているSSDシステム）。 さらに、機器はスペースの半分を占有します。
現在、開発者はいくつかのポイントをまとめています。 たとえば、LightStoreは範囲クエリと小さなクエリを使用できません。 LightStoreはLSMツリーを使用するため、これらの機能は将来追加されます。 また、システムにはまだ限定されたアダプターセットがあります-YCSBおよびブロックアダプターがサポートされています。 将来、LightStoreはSQLクエリなどを処理できるようになります。
その他の開発
2018年の夏、ストレージ会社であるMarvellは、AIベースのSSDコントローラーの新しいラインを導入しました。 開発者は、データセンターおよびクライアントアプリケーションの標準コントローラーにNVIDIAディープラーニングアクセラレーターを実装しています。 その結果、従来のSSDコントローラーよりも消費電力が少ないスタンドアロンアーキテクチャを作成しました。 同社は、このシステムが周辺コンピューティング、ビッグデータ分析、IoTに応用されることを望んでいます。
最近更新されたドライブラインのWestern Digital Blue。 4月、開発者は、WDが1年前に買収したSanDiskテクノロジーに基づくWD Blue SSDソリューションを発表しました。 更新されたWD Blue SSDは、パフォーマンスとエネルギー効率が向上しています。 このアーキテクチャはNVMe仕様に基づいており、PCI Expressを介して接続されたSSDへのアクセスを提供します。
この仕様は、多数の同時要求があるSSDのパフォーマンスを改善し、データアクセスを高速化します。 さらに、NVMeを使用すると、SSDインターフェイスを標準化できます。ハードウェアメーカーは、独自のドライバー、コネクタ、フォームファクターの開発にリソースを費やす必要がなくなりました。
見込み
データセンター向けSSDの市場は、アーキテクチャの簡素化、ストレージコンポーネントの操作の自動化、エネルギー効率の向上に向かっています。 MITのエンジニアの開発は、最後の問題を解決します。 著者は、 LightStoreがデータセンターのSSDストレージの業界標準になることを期待しています。 そして、将来的には、より効果的な新しいアーキテクチャがそれに基づいて登場すると想定できます。
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