SSD資料儲存也需要專用處理器!

作者 : Gary Hilson,EE Times特約編輯

儲存技術突飛猛進,處理器的性能提升速度卻沒跟上,甚至成為一個瓶頸──專為資料儲存量身打造的處理器會是一種解決方案。

數位資料呈倍數成長並非新鮮事,推動這個趨勢背後的力量才是;而在摩爾定律(Moore’s Law)已經55歲之後,我們已經不一定要看到處理器性能的進一步提升才能跟上這個趨勢──專為資料儲存量身打造的處理器會是一種解決方案。

一家成立於2017年的新創公司Pliops總裁Steve Fingerhut表示,拜大數據、人工智慧(AI)、物聯網(IoT)與5G等技術之賜,市場對資料儲存的需求持續成長,而且有越來越多資料被移到固態硬碟(SSD)儲存;估計在接下來十年,資料中心對SSD的採用率將成長100倍。

「SSD有很多優勢,其中最主要的就是超越傳統硬碟機(HHD)的性能;」他表示,SSD的成本在過去十年間持續下降,同時性能仍不斷提升,而且因為非揮發性記憶體(NVMe)技術領域發展蓬勃,其功能也有所擴展。

不過Fingerhut指出,儲存技術突飛猛進,處理器的性能提升速度卻沒跟上,甚至成為一個瓶頸;像是Intel、AMD等公司一直為處理器添加核心,帶來了額外的成本與功耗,效益卻不彰;「當你添加越來越多個核心,但共享同一個記憶體匯流排,這就會是個大問題。」

而所有不斷增加的資料將儲存在高速的SSD上,他表示:「需要處理器來驅動,處理器技術進展的速度卻沒有那麼快。」

 

Pliops儲存處理器是一種基於關鍵值的儲存硬體加速器,能與任何一種SSD搭配,分擔工作負載並最佳化SSD的使用。

(圖片來源:Pliops)

 

針對以上「儲存堆疊效益不彰」的問題,Pliops提出的是一種針對資料庫和軟體定義儲存中特定工作負載之資料加速技術;該公司估計這類工作負載佔據企業與資料中心基礎設施日常任務的一半。

其Pliops儲存處理器(Pliops Storage Processor,PSP) 是一種基於關鍵值(key-value,KV)的儲存硬體加速器,能讓雲端與企業客戶分擔並加速資料密集的工作負載,讓資料中心能在降低運算負載與耗電的同時能持續擴大規模。

Fingerhut 表示,PSP不只能改善工作負載性能,也能最佳化SSD的使用;典型的應用案例包括Facebook偏好的mySQL資料庫,還有越來越受歡迎卻價格高昂、以DRAM為基礎的Redis。資料庫通常仰賴一個儲存引擎透過排序(sorting)與索引(indexing)來「放大」資料,因為資料寫入SSD的速度比應用程式所需的速度高出40倍。

他解釋:「最後你會使用更多的磁碟空間,佔據更多SSD容量,甚至多到2~7倍;這些放大效應是因為架構師嘗試限制CPU的消耗所致;」而PSP處理儲存與特定資料庫處理挑戰的方法,有點像是針對特定工作任務的AI/機器學習加速器,對相對較新的任務負載有利。

總的來說,PSP對資料庫帶來的技術性優勢,包括能提升3倍到10倍的每秒查詢率(queries per second),並號稱可降低93%的查詢延遲;Fingerhut並指出,PSP能降低功耗與對SSD容量的需求,這也就意味著成本的降低。

Pliops沒有賣快閃記憶體,也不賣SSD;Fingerhut表示PSP能搭配任何SSD與各種介面,該公司也在考慮將技術在FPGA上實現。他指出,Amazon (AWS)與Microsoft Azure最近都宣佈了自家開發的資料庫加速器;「這與我們正在做的東西焦點稍有不同,但也顯示競賽已經開始,我們都是朝著同一個方向邁進。」

資料儲存顧問機構Coughlin and Associates總裁Tom Coughlin表示,朝向分擔負載功能與專屬運算儲存加速器技術的趨勢,突顯了CPU速度無法像以前進展那麼快的現實;「專用處理器實際上變得很重要,」例如GPU、張量處理器以及網路專屬處理器等都是類似的案例。

Coughlin指出,Pliops的PSP是利用了一種專門佈署的KV技術,實際上已經存在一段時間,甚至在五年前就曾被用在Seagate的某一系列硬碟機產品;但該技術並未起飛。

 

三星去年發表的KV Stack,就是KV SSD與相對應的主機軟體──例如裝置驅動程式(device drivers)或關聯資料庫(associated libraries)──之結合。

(圖片來源:Samsung)

 

最近則有像是三星(Samsung)等公司發表了配備專有快閃記憶體轉換層(flash translation layer)軟體的KV SSD,儲存網路產業協會(SNIA)則為KV應用程式的編寫公布了開放性標準,「KV已經成為物件儲存(object storage)的常見解決方案。」

Coughlin表示,隨著許多公司以快閃記憶體SSD取代傳統HDD,Pliops的PSP應運而生,這會降低對超額配置(over-provisioning)與讀/寫放大(reading and writing amplification)的需求;「磁碟會更耐用,也更具容量效益。」

現在看來,Pliops因為有實際的產品而成為該技術領域的領先者,但Coughlin指出,SSD製造商也有可能推出競爭性的產品,或是收購這樣的公司取得相關技術能力、以擴大產品陣容。

編譯:Judith Cheng

(參考原文:SSD Storage Workloads Get a Special Processor,By Gary Hilson)

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