Компания Kioxia сообщила о доступности твердотельных накопителей семейства EM6, относящихся к корпоративному классу. Решения предназначены для использования в составе платформ высокопроизводительных вычислений, систем машинного обучения и искусственного интеллекта.

Источник изображения: Kioxia

Устройства серии EM6 выполнены на основе контроллера Marvell 88SN2400 NVMe-oF. Реализована спецификация NVMe 1.4. Доступны один или два интерфейса Ethernet с пропускной способностью 25 Гбит/с. Накопители заключены в корпус формата 2,5" толщиной 15 мм. Предлагаются два варианта вместимости — 3,84 и 7,68 Тбайт, оба с 1 DWPD.

Источник изображения: Ingrasys

Устройства доступны в составе платформы ES2000 EBOF (Ethernet Bunch of Flash) производства Ingrasys (подразделение Foxconn). Данный продукт представляет собой систему хранения данных в 2U-шасси с возможностью установки 24 накопителей NVMe-oF типоразмера 2,5"/U2/E3.S или 48 E1.S. СХД имеет коммутатор Marvell 98EX5630 и предоставляет 12 200GbE-портов QSFP28/56.

Вчера был опубликован релиз спецификаций NVMe 2.0. Из скромного протокола для блочных устройств хранения данных, использующих PCI Express, NVMe эволюционирует в один из самых важных и универсальных протоколов для хранилищ практически любого типа. Новые спецификации будут способствовать развитию экосистемы устройств NVMe: SSD, карт памяти, ускорителей и даже HDD.

Вместо базовой спецификации для типовых PCIe SSD и отдельной спецификации NVMe-over-Fabrics (NVMe-oF), версия 2.0 изначально разработана как модульная и включает целый ряд отдельных стандартов: базовый набор (NVMe Base), отдельные наборы команд (NVM, ZNS, KV), спецификации транспортного уровня (PCIe, Fibre Channel, RDMA, TCP) и спецификации интерфейса управления (NVMe Management Interface). Вместе они определяют то, как программное обеспечение хоста взаимодействует с накопителями и пулами хранения данных через интерфейсы PCI Express, RDMA и т.д.

Базовая спецификация теперь охватывает и локальные устройства, и NVMe-oF, но является намного более абстрактной и не привязанной к реальному миру — было изъято столько всего, что её уже недостаточно для определения всей функциональности, необходимой для реализации даже простого SSD. Реальные устройства должны ссылаться ещё как минимум на одну спецификацию транспортного уровня и на одну спецификацию набора команд. В частности, для типовых SSD, к которым все привыкли, это означает использование спецификации транспорта PCIe и набора команд блочного хранилища.

Три стандартизированных набора команд (блочный доступ, ZNS и Key-Value) охватывают области применения от простых твердотельных накопителей с «тонкими» абстракциями над базовой флеш-памятью до относительно сложных интеллектуальных накопителей, которые берут на себя часть задач по управлению хранением данных, традиционно выполнявшихся программным обеспечением на хост-системе. При этом различным пространствам имен, расположенным за одним контроллером, дозволено поддерживать разные наборы команд.

В NVMe 2.0 также добавлен стандартный механизм управления пулами хранения данных, который позволяет более тонко управлять нагрузкой в зависимости от производительности, ёмкости и выносливости конкретных устройств. Иерархия пулов также была расширена ещё одним уровнем доменов, внутри которых теперь существуют группы, где, в свою очередь, находятся отдельные наборы NVM-устройств.

Будущие наборы команд, например для вычислительных накопителей (computational storage), все еще находятся в стадии разработки и пока не готовы к стандартизации, но новый подход NVMe 2.0 позволит легко добавить их при необходимости. В принципе, в состав NVMe мог бы войти и стандарт Open Channel, но отрасль считает, что парадигма зонированного хранения обеспечивает более разумный баланс, и интерес к Open Channel SSD ослабевает в пользу ZNS-решений.

Из прочих изенений в NVMe 2.0 можно отметить поддержку 32-бит и 64-бит CRC, новые правила безопасного отключения устройств в составе общих хранилищ (при доступе через несколько контроллеров), более тонкое управление правами доступа — можно разрешить чтение и запись, но запретить команды, меняющие настройки или состояние накопителя — и дополнительные протоколы, касающиеся обновления прошивок.

Также в NVMe 2.0 появилась явная поддержка жёстких дисков. Хотя маловероятно, что HDD в ближайшее время перейдут на использование PCIe вместо SAS или SATA, поддержка таких носителей означает, что в будущем предприятия смогут унифицировать свои SAN c помощью NVMe-oF и отказаться от старых протоколов, таких как iSCSI.

В целом, NVMe 2.0 приносит не та уж много новых функций, как это было с прошлыми версиями. Однако сама реорганизация спецификации поощряет итеративный подход и эксперименты с новыми функциями. Так что в ближайшие несколько лет, вероятно, обновления будут менее масштабными и станут выходить чаще.

Компания Marvell анонсировала контроллеры Bravera SC5, предназначенные для построения серверных SSD нового поколения с интерфейсом PCIe 5.0. Представлены изделия MV-SS1331 и MV-SS1333 с восемью и шестнадцатью каналами доступа к NAND-памяти (до 1600 МТ/с) соответственно. В семейство Bravera впоследствии войдут и другие продукты.

Здесь и ниже изображения Marvell

Заявленная скорость последовательного чтения информации может достигать 14 Гбайт/с, скорость последовательной записи — 9 Гбайт/с. Производительность случайного чтения достигает 2 млн IOPS, записи — 1 млн IOPS. Задержка составляет менее 6 мкс, а функция Elastic SLA Enforcer позволит более тонко управлять приоритетами и очередями, а также собирать телеметрию на аппаратном уровне.

В составе изделий задействованы наборы ядер ARM Cortex-R8, Cortex-M7 и Cortex-M3. Есть аппаратные движки для шифрования и обеспечения безопасности. Контроллер поддерживает ECC-память DDR4-3200 и LPDDR4x-4266, а также NAND-чипы SLC/MLC/TLC/QLC от крупнейших производителей: Kioxia, Micron, Samsung, SK hynix, Western Digital и YMTC. Партнёрами в рамках запуска названы AMD, Intel и Renesas.

Контроллер поддерживает спецификации NVMe 1.4b и предлагает четыре линии PCIe 5.0 (x4 или два порта x2). Компания постаралась сделать его как можно более универсальным и подходящим как для нужд гиперскейлеров, так и для корпоративных решений. Он поддерживает стандарты ZNS, >Open Channel SSD, Kioxia SEF.

Пробные поставки образцов контроллеров уже начались. Первыми заказчиками стали Facebook✴ и Microsoft, развивающие стандарт OCP Cloud SSD, который несколько шире спецификаций NVMe. Именно на них ориентирована старшая, 16-канальная версия контроллера, которая благодаря своим габаритам (20 × 20 мм) позволяет создавать накопители в форм-факторе EDSFF E1.S. Правда, энергопотребление у неё выше, чем у 8-канальной — 9,8 Вт против 8,7 Вт.

Компания Pliops ещё молода: она была основана в 2017 году выходцами из Samsung, M-Systems и XtremIO; все основатели являются специалистами в области СХД и энергонезависимой памяти. В 2019 году Pliops получила существенный объём инвестиций от Mellanox. А в 2020 году компания анонсирует свой новейший продукт — сопроцессор, берущий на себя тяжёлые задачи по работе с флеш-памятью.

Подобные чипы разрабатывают многие, но Pliops обещает, что её решение ускорит работу с такого рода памятью более чем в 10 раз. Впервые технология была продемонстрирована на саммите Flash Memory 2019, и вот, наконец, концепция обратилась в реальный осязаемый продукт, доступный к приобретению.

Решение Pliops достаточно необычное: это не контроллер NAND-массива, а именно сопроцессор-ускоритель, выполненный в виде отдельной платы с разъёмом PCI Express и берущий на себя всю работу по обслуживанию массивов SSD. И делает это новый ускоритель максимально эффективно: серьёзные флеш-СХД могут нагружать хост-процессоры весьма сильно, но решение Pliops позволяет решить эту проблему.

Источник изображений: Pliops

Особенно сильно эффект проявится в системах, используемых для работы с базами данных. Pliops объясняет это тем, что СУБД, будь то реляционные или NoSQL, традиционно разделяют непосредственно данные и ключи или индексы. А отдельная единица хранения данных имеет переменный размер, и эта структура не слишком хорошо сочетатся с традиционными устройствами хранения данных, у которых размер блока фиксирован.

Если в случае с обычными HDD вычислительная нагрузка невелика, поскольку случайных операций такие устройства выдают немного (в районе сотен), то твердотельные накопители, способные выдать 500 тысяч IOPS и более, создают и серьёзную вычислительную нагрузку, «утрамбовывая» вариабельные блоки данных в свой жёсткий формат. К этому добавляет проблем использование сжатия данных, которое тоже создаёт нагрузку.

Сопроцессор, разработанный Pliops и получивший название PSP, как раз и призван взять на себя все обязанности по работе с данными в формате Key:Value (KV), что особенно важно в крупных СХД, работающих с огромными массивами БД. Немаловажно то, что сопроцессор Pliops делает свою работу полностью прозрачно и не требует модификации программного обеспечения пользователя.

Со стороны ПО он выглядит, как обычный блочный SSD, однако за счёт аппаратного акселератора работа с базами данных может ускориться более, чем в 10 раз, а время отклика — параметр также весьма немаловажный, когда речь заходит о БД — снизится еще сильнее, в 100 раз. Новинка уже прошла предварительную проверку более чем у десяти крупных провайдеров облачных и корпоративных услуг по хранению данных и запуску БД.

Сопроцессор PSP позволяет использовать обычные недорогие SSD (даже с QLC-памятью) а это уменьшает стоимость владения на величину до 90%, поскольку крупные специализированные твердотельные СХД всё ещё очень дороги. Pliops PSP ускоряет работу с MySQL, MariaDB, mogoDB, Redis, Oracle, Apache Spark и Cassandra и системы на его основе прекрасно масштабируются.

Разработчики PSP полагают, что данного рода сопроцессоры образуют отдельный популярный класс устройств, подобно тому, как это случилось с графическими процессорами и сейчас происходит с тензорными ускорителями. Что ж, у Pliops есть все шансы стать в сфере работы с All-Flash СХД тем, чем стала NVIDIA в области ускорения машинного интеллекта.

Естественно, это далеко не первый проект по ускорению работы SSD вообще и оптимизации их для СУБД в частности. Например, у Samsung есть экспериментальный продукт KV Stacks — Key:Value SSD, созданный специально для баз данных одноимённого типа. Другие проекты зачастую опираются на FPGA. Та же Samsung совместно с Xilinx представила SmartSSD, обрабатывающий часть данных непосредственно на накопителе. А SmartIOPS уже не первый год поставляет SSD с фирменным контролером на базе ПЛИС.

Вероятно, следующим большим шагом станет массовое внедрение зонирования, которое подходит для HDD с SMR и уже включено в стандарт NVMe, и «вынос» FTL (Flash Translation Layer) за пределы отдельного накопителя с программной или аппаратной эмуляцией FTL на уровней всей СХД сразу.