Как сократить энергопотребление SSD-хранилищ в ЦОД

IT-инфраструктура
Павел Игнатьев
02.07.2019
Количество просмотров
5492
В MIT предложили систему, которая в два раза уменьшит объем электричества, потребляемого «твердотельниками» в ЦОД. Рассказываем, как она устроена.

Проблема энергопотребления

Приблизительно через десять лет на вычислительные системы (в целом) будет приходиться 40% потребляемой электроэнергии. За пятую часть этого объема будут «ответственны» центры обработки данных.

Системы хранения данных — один из основных «потребителей» электроэнергии в ЦОД. Чтобы сократить расходы на содержание СХД, операторы дата-центров заменяют жесткие диски на твердотельные накопители. Последние более производительны и энергоэффективны: известны случаи, когда SSD уменьшали объем потребляемого стойками СХД электричества на 60%.

Но ситуация все равно далека от идеальной. В машинном зале крупного дата-центра могут находиться сотни стоек с накопителями, и счета за электроэнергию остаются большими. Поэтому сегодня разрабатываются новые технологии, чтобы еще сильнее сократить энергопотребление SSD. Одну из таких технологий представили в MIT. Специалисты вуза спроектировали архитектуру системы хранения данных на базе твердотельных накопителей, которая снижает расходы операторов ЦОД на электричество в два раза. Ее назвали LightStore.

Как устроена система

LightStore представляет собой хранилище типа «ключ — значение» (KV-хранилище). Ключом считаются пользовательские запросы к СХД, а значением — сами данные. Систему разворачивают на специальном аппаратном узле в сети ЦОД. Его подключают напрямую, в обход серверов хранения данных (дополнительно потребляющих электроэнергию).

Узел построен на базе энергоэффективного CPU, а также NAND- и DRAM-памяти. Управляет им контроллер и специализированное ПО. Первый компонент отвечает за обмен данными с массивами NAND, а второй — за хранение ключей и их обработку. В основе программной архитектуры LightStore лежат так называемые LSM-деревья — структуры данных, используемые во всех современных СУБД.

Кластер LightStore масштабируется линейно путем подключения дополнительных узлов к сети. Для этих целей применяются специальные адаптеры. Они формализуют пользовательские запросы к СХД и трансформируют их в понятные для нее команды. Обработка запросов производится с использованием согласованного хеширования — при добавлении новой пары ключ-значение, хеш рассчитывается только для нее, а не для всех пар. Аналогичный подход применяют системы Redis и Swift.

В общем случае архитектуру LightStore и схему ее подключений в ЦОД можно представить вот так:

Архитектура LightStore и схема ее подключений в ЦОД

По словам разработчиков, пропускная способность LightStore при работе в 10GbE-сети дата-центра превышает 600 Мбит/с. При этом один ее узел потребляет на 10 Вт меньше, чем узел «классических» SSD-систем — для них этот показатель равен 20 Вт. Также оборудование занимает в два раза меньше места, отчасти из-за того, что LightStore не требуются серверы хранения.

Сейчас инженеры из MIT занимаются исправлением недостатков LightStore и расширением функциональности системы. Например, ее «учат» работать с атомарными запросами и запросами по диапазону. Также в планах разработчиков добавить поддержку SQL-запросов. Авторы убеждены, что в будущем LightStore может стать отраслевым стандартом для SSD-хранилищ в центрах обработки данных.

Аналоги решения

В прошлом году компания Marvell, которая занимается разработкой СХД, анонсировала SSD-контроллеры с интеллектуальными функциями. Они построены на базе систем ИИ, которые оптимизируют энергопотребление SSD в ЦОД. Ожидается, что решение найдет применение в машинных залах организаций, занимающихся аналитикой больших данных.

SSD-контроллеры с интеллектуальными функциями

/ фото Rawpixel PD

Еще один пример — накопитель WD Blue SSD с повышенной производительностью и энергоэффективностью. Устройство использует спецификацию NVMe для подключения дисков к шине PCI Express. Такой подход позволил повысить эффективность накопителя при работе с большим числом параллельных запросов. Устройство имеет скорость чтения в 545 МБ/с и скорость записи в 525 МБ/с. NVMe может стать стандартом ИТ-индустрии для SSD-интерфейсов. Производителям аппаратного обеспечения больше не придется расходовать ресурсы на разработку уникальных драйверов и разъемов.

В будущем можно ожидать появления большего числа решений, повышающих энергоэффективность СХД, подобных системам из MIT, Marvell и WD.

Материалы по теме из Первого блога о корпоративном IaaS:

Средняя оценка: 0, всего оценок: 0
Поделиться

Только полезные материалы в нашей рассылке

Ошибка подписки

Похожие статьи

IT-инфраструктура
Как повысить энергоэффективность дата-центра
26.03.2019
Количество просмотров
5611

Как повысить энергоэффективность дата-центра

Мировые дата-центры ежегодно расходуют приблизительно 200 тераватт-часов электроэнергии. По некоторым прогнозам, этот показатель может увеличиться в 15 раз к 2030 году. Поэтому регулярно предпринимаются попытки повысить эффективность работы вычислительной инфраструктуры и снизить потребление энергии в ЦОД. Подробнее об этом — в нашем сегодняшнем материале.
Решения
Облачные технологии в судостроении
20.04.2018
Количество просмотров
6400

Облачные технологии в судостроении

Несмотря на то что судостроение считается самой консервативной отраслью машиностроения, облачные технологии и здесь находят применение. В этой статье мы расскажем, для чего судостроителю облако и стоит ли переходить на новые технологии, чтобы оставаться на плаву.
Истории успеха
Как облачные технологии помогают ЖКХ
14.05.2019
Количество просмотров
4975

Как облачные технологии помогают ЖКХ

Многие из нас уже давно устали от устаревшей системы управления услугами ЖКХ. Бесконечные очереди, на которые уходит огромное количество драгоценного времени, бюрократия, превращающая процесс подачи жалобы в мучительное испытание. Настало время все изменить.

Ваше обращение приняли

Скоро наш менеджер свяжется с вами.
А пока вы можете изучить интересные материалы в нашем блоге.

Подписка оформлена

Скоро отправим вам уведомление о новых материалах.