三星开发出业界首款基于标准的“关键价值”SSD原型

三星宣布已经开发出业界首款符合相应新开放标准的原型“Key Value”(KV)SSD。 KV SSD将当今CPU的存储工作负载转移到SSD中,从而大大提高了软件和硬件的效率。这为新一代高性能和可扩展的存储架构铺平了道路。

对于某些背景,数据以固定大小的块(SSD中最小的可擦除数据量)存储在SSD中,每个块都有自己的ID。但大多数真实世界的数据都是非结构化的,比如音乐,照片和zip文件。因此,SSD通常将对象数据(其大小可以大不相同)转换为具有这些块大小的数据片段。当某些数据发生变化时,整个块将被删除并重新编程。

为了迎合实际使用模型,大多数真实世界的数据中心软件(例如LevelDB,Amazon DynamoDB)使用密钥值存储,其中可变大小的密钥指的是可变大小的数据集合。在编程中,这称为键值元组。换句话说,提交密钥,然后放入或接收与密钥相关联的数据。

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然而,关键值软件给主处理器带来了相当大的负担,因为它使用了宝贵的CPU资源。业界担心的是,随着SSD的速度不断提高,由于管理块和操作的负担而导致CPU开销受到瓶颈,系统级性能将会饱和。因此,Key Value SSD背后的想法是本地支持密钥值存储(KVS):每个密钥都可以直接寻址数据位置。这消除了诸如逻辑和物理块寻址之类的过程。 KV SSD具有KV设备驱动程序而不是块设备驱动程序,可通过KV库访问。通过这种软件和硬件协同设计,资源可以从主机CPU移动到SSD。

虽然三星已于两年前制造了专有的KV SSD原型(并提交了其标准提案),但今年4月,存储网络行业协会(SNIA)发布了新的开放标准Key Value Storage API v1,用于提供供应商独立键值存储(KVS)编程接口。三星周三宣布,它已经开发出第一款符合开放标准的SSD原型,但没有提供进一步的规格。

SNIA执行总监Michael Oros认为,Key Value SSD正在被广泛使用:“SNIA KV API规范在应用程序和Key Value SSD之间提供了行业范围的接口,为广泛采用标准化KV API行业铺平了道路协议。”

三星声称与KV存储技术相关的众多好处。将存储操作移植到SSD本身 – 以标准化方式 – 使主机CPU免于计算工作,例如块操作和存储级垃圾收集(基于软件的KVS需要),从而提高系统级性能和更高性能软件效率。降低的CPU开销还大大提高了互连SSD数量的可扩展性。据说写入放大也大大减少了。 (写入放大是一种现象,其中写入的数据比预期的要多,因为与可以写入的较小页面相比,可以擦除的块的尺寸要大得多。)最后,每个SSD都经历了较少的磨损,延长了其使用寿命。

在2017年的演示中,三星表示其KV原型在随机放置基准测试中每秒处理的查询量(QPS)增加了8倍,设备流量减少了90%以上。此外,随着SSD数量增加到18个,每秒查询量几乎呈线性增长,导致QPS比标准块SSD高15倍。使用顺序基准测试和对多个客户端的横向扩展测试实现了类似的结果。在CPU利用率方面,常规SSD在80%利用率下实现了高达40万QPS,而KV实施则在利用率为30%时产生了2.1M QPS。

三星表示,它正在与几家公司合作,为该技术建立一个生态系统。它的KV SSD原型也“足够先进”,它使公司可以进行应用程序开发。三星没有透露何时将这项新技术商业化。 AnandTech指出,在NVMe的键值扩展最终确定之前,这种情况不会发生。

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