النظام سوف يقلل من تكاليف الطاقة بمقدار النصف.
/ الصورة أندي ميلتون CC BY-SAلماذا نحتاج إلى بنية جديدة
وفقًا لـ Data Center Dynamics ، بحلول عام 2030 ستستهلك الأجهزة الإلكترونية 40٪ من إجمالي الطاقة المولدة على هذا الكوكب. حوالي 20 ٪ من هذا الحجم سيكون في قطاع تكنولوجيا المعلومات ومراكز البيانات. وفقًا للمحللين الأوروبيين ، فإن مراكز البيانات "تستهلك" بالفعل 1.4٪ من إجمالي الكهرباء. من
المتوقع أن يرتفع هذا
الرقم إلى 5٪ بحلول عام 2020 .
جزء كبير من الطاقة التي يستهلكها تخزين SSD. بين عامي 2012 و 2017 ، ارتفعت حصة محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة في مراكز البيانات
من 8 إلى 22٪ . على الرغم من أن محركات الأقراص الصلبة الصغيرة تستهلك طاقة أقل بمقدار الثلث (
PDF ، الصفحة 13 ) من محركات الأقراص الصلبة ، على نطاق مركز البيانات ، تظل فواتير الكهرباء كبيرة.
لتقليل استهلاك الطاقة في محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة في مركز البيانات ، طور مهندسو شركة MIT بنية جديدة لتخزين محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة. يطلق عليه LightStore ويسمح لك بتوصيل محركات الأقراص مباشرة بشبكة مراكز البيانات ، متجاوزة خوادم التخزين. وفقا للمؤلفين ، فإن النظام سوف يقلل من تكاليف الطاقة بمقدار النصف.
كيف يعمل؟
LightStore هي وحدة تخزين محمولة ذات قيمة مفتاح يتم فيها عرض طلبات المستخدمين لمحركات الأقراص كمفاتيح. ثم يتم إرسالها إلى الخادم ، الذي يصدر البيانات المرتبطة بهذا المفتاح.
يحتوي النظام
على معالج متكامل موفر للطاقة ، DRAM و NAND-memory. يتم التحكم فيه بواسطة جهاز تحكم وبرنامج خاص. وحدة التحكم مسؤولة عن العمل مع صفائف NAND ، والبرنامج مسؤول عن معالجة طلبات KV وتخزين أزواج المفاتيح. تعتمد بنية البرنامج على
شجرة LSM ، والتي يتم استخدامها في العديد من نظم إدارة قواعد البيانات الحديثة.
يمكن تمثيل المخطط الهندسي على النحو التالي:
يُظهر الرسم التخطيطي المكونات الأساسية لـ LightStore. تعمل مجموعة من العقد مع أزواج القيمة الرئيسية. تتصل خوادم التطبيقات بالنظام باستخدام المحولات. يقومون بتحويل طلبات العميل (مثل fread () من POSIX API) إلى طلبات KV. أيضًا ، لدى الهيكل محولات منفصلة لـ
YCSB ،
وحظر (استنادًا إلى الوحدة النمطية
BUSE) ومخازن الملفات.
عند توزيع الطلبات ، يستخدم المحول
تجزئة متناسقة . يتم استخدامه على أنظمة مثل Redis أو Swift. باستخدام مفتاح طلب KV ، يقوم المحول بإنشاء مفتاح تجزئة ، تحدد قيمته العقدة الهدف.
سعة نظام المجموعة LightStore تحجيمًا خطيًا - ما عليك سوى توصيل عقد إضافية بالشبكة. في بعض الحالات ، قد تحتاج إلى شراء مفاتيح جديدة. ومع ذلك ، قام المطورون بتزويد كل عقدة بفتحات إضافية لتوصيل شرائح NAND.
الإمكانات المعمارية
يقول مهندسو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا إن الحل المستند إلى LightStore يحتوي على نطاق ترددي يبلغ 620 ميجابت في الثانية لشبكة جيجابت إيثرنت. تستهلك عقدة واحدة 10 واط بدلاً من 20 واط المعتادة (في أنظمة SSD التي تستخدمها مراكز البيانات اليوم). بالإضافة إلى ذلك ، تأخذ المعدات نصف المساحة.
الآن المطورين وضع اللمسات الأخيرة على بعض النقاط. على سبيل المثال ، لا يستطيع LightStore العمل مع استعلامات النطاق والاستعلامات الصغيرة. سيتم إضافة هذه الميزات في المستقبل ، حيث يستخدم LightStore أشجار LSM. أيضا ، لا يزال لدى النظام مجموعة محدودة من المحولات - يتم دعم YCSB ومحولات الكتلة. في المستقبل ، سيتمكن LightStore من معالجة استعلامات SQL ، إلخ.
تطورات أخرى
في صيف عام 2018 ، قدمت شركة Marvell ، وهي شركة تخزين ، خطًا جديدًا من وحدات تحكم SSD المستندة إلى AI. قام المطورون بتطبيق مسرعات التعلم العميق NVIDIA في وحدات التحكم القياسية لمراكز البيانات وتطبيقات العملاء. نتيجة لذلك ، أنشأوا بنية مستقلة تستهلك طاقة أقل من وحدات التحكم SSD الكلاسيكية. وتأمل الشركة أن يجد النظام تطبيقًا في الحوسبة الطرفية وتحليلات البيانات الضخمة وإنترنت الأشياء.
خط محدث مؤخرا من محركات ويسترن ديجيتال بلو. في أبريل ، قدم المطورون حلاً - WD Blue SSD استنادًا إلى تقنية SanDisk ، التي استحوذت عليها WD قبل عام. تتميز محركات أقراص WD Blue SSD المحدثة بالأداء المحسن وكفاءة الطاقة. تعتمد البنية على مواصفات
NVMe ، والتي توفر الوصول إلى محركات الأقراص الصلبة المتصلة عبر PCI Express.
تعمل هذه المواصفات على تحسين أداء محركات أقراص الحالة الثابتة بعدد كبير من الطلبات المتزامنة وتسريع الوصول إلى البيانات. بالإضافة إلى ذلك ، يسمح لك NVMe بتوحيد واجهة SSD - لم
تعد الشركات المصنعة للأجهزة
بحاجة إلى إنفاق الموارد على تطوير برامج تشغيل وموصلات وعوامل شكل فريدة من نوعها.
آفاق
يتجه سوق محركات الأقراص ذات الحالة الثابتة لمراكز البيانات نحو تبسيط البنية وأتمتة تشغيل مكونات التخزين وزيادة كفاءة استخدام الطاقة. تطوير المهندسين من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا يحل المشكلة الأخيرة.
يتوقع المؤلفون أن تصبح LightStore المعيار الصناعي لتخزين SSD في مركز البيانات. ويمكننا أن نفترض أنه في المستقبل ، سوف تظهر بنى أكثر كفاءة على أساسها.
بعض المواد من مدونة IaaS للشركات الأولى: