Zoned Storage: Samsung und WD treiben Speichertechnik vereint voran
Mit Samsung und Western Digital tun sich zwei Schwergewichte der SSD-Branche zusammen, um neue Speichertechnologien wie Zoned Storage zu etablieren. Durch die Kooperation soll die Standardisierung vorangetrieben werden.
Der SSD-Hersteller Samsung und der SSD- und HDD-Hersteller Western Digital teilen heute mit, eine „Absichtserklärung für eine einzigartige Zusammenarbeit zur Standardisierung und Förderung einer breiten Akzeptanz von D2PF-Speichertechnologien (Data Placement, Processing and Fabrics)“ unterzeichnet zu haben. Mit vereinten Kräften bei der Entwicklung von Hard- und Software sollen neue Technikstandards im Storage-Sektor vorangetrieben werden. Zusammen geht dies besser als im Alleingang; zudem wird der Druck auf andere Unternehmen, sich den Standards anzuschließen, dadurch erhöht.
Das erste Ziel der Zusammenarbeit sei, „ein starkes Ökosystem für Zoned-Storage-Lösungen zu schaffen“, heißt es in der Pressemitteilung. Ziel sei es, „dass diese zukünftigen Speichertechnologien von mehreren Geräteherstellern sowie von vertikal integrierten Hardware- und Softwareunternehmen unterstützt werden“.
Was bedeutet „Zoned Storage“?
Der Begriff Zoned Storage steht für eine optimierte Datenverwaltung im Rechenzentrum, die bei der weiteren Skalierung auf dem Weg zu noch größeren Datenmengen in der „Zettabyte-Ära“ helfen soll. Das Grundkonzept besteht darin, die Daten gemäß der spezifischen Leistungsparameter von schnellen SSDs und günstigen HDDs effizient zu verwalten.
Teil der neuen Speicherarchitektur ist aufseiten der HDDs die SMR-Technik und aufseiten der SSDs die Technik Zoned Namespaces (ZNS). ZNS ist eine Erweiterung des NVMe-Standards (offiziell ab NVMe 2.0) und erlaubt die Aufteilung des Adressraums in Zonen. Im Wesentlichen werden Daten per Software zunächst geordnet und anschließend je nach Typ in einer bestimmten Zone auf dem Datenträger gesichert.
Dies soll den Einsatz von Verwaltungsmaßnahmen der SSD-Controller wie etwa die Garbage Collection reduzieren und entsprechend für ein niedrigeres Schreibaufkommen sorgen, was auch der Haltbarkeit des Flash-Speichers der SSD zugute komme. Schnellere Antwortzeiten durch Entlastung des Controllers sowie Einsparungen, da weniger DRAM als Zwischenspeicher benötigt wird, werden außerdem versprochen.
Bei herkömmlichen SSDs liegt durch das ständige Verschieben der zufällig anfallenden Daten die Anzahl der tatsächlichen Schreibvorgänge im NAND-Flash weitaus höher als die vom System angewiesenen logischen Schreibvorgänge (Host Writes). Das Missverhältnis wird als Write Amplification Factor (WAF) beschrieben, der oftmals bei 3 oder 4 liegt, was bedeutet, dass real die dreifache oder vierfache Datenmenge geschrieben wird. Da Zellen im NAND-Flash erst gelöscht werden müssen, bevor sie neu beschrieben werden, sorgt die Umverteilung für viele Schreibvorgänge, was die Haltbarkeit beeinträchtigt.
ZNS-SSDs sollen wiederum einem WAF von 1 nahe kommen und somit deutlich haltbarer sein. Im Gegenzug könne auf Reservespeicher verzichtet und somit die nutzbare Speicherkapazität erhöht werden.
Die ersten ZNS-SSDs
Beide Unternehmen hatten schon erste ZNS-Produkte präsentiert: Western Digital machte mit der Ultrastar DC ZN540 ZNS den Anfang und Samsung ließ etwa ein halbes Jahr später die PM1731a mit ZNS-Support folgen.
Mit Hilfe von Organisationen wie SNIA (Storage Networking Industry Association) und der Linux Foundation wollen Samsung und Western Digital „Frameworks für Zoned-Storage-Technologien der nächsten Generation definieren“. Dafür haben beide Unternehmen die Zoned Storage TWG (Technical Work Group) mit dem Ziel, „offene und skalierbare Rechenzentrumsarchitekturen zu schaffen“ gegründet, die im Dezember 2021 von der SNIA genehmigt wurde. Die Gruppe definiere und spezifiziere seitdem „typische Anwendungsfälle von Zoned-Storage-Geräten sowie Host- bzw. Gerätearchitektur- und Programmiermodellen“.
Techniken wie ZNS und SMR seien aber nur der Anfang der Kooperation. Neu entwickelte Technologien wie Computational-Storage und Storage Fabrics inklusive NVMe over Fabrics (NVMe oF) sollen später hinzukommen. Letzteres ist etwa auch bei Kioxia ein Thema.
In einem weiteren Artikel wirbt Samsung mit den Vorzügen von Zoned Storage und hebt dessen Relevanz für die gesamte Datenspeicherbranche noch einmal hervor.
„Wir sind in eine goldene Ära für Datenverbrauch, -analyse und -speicherung eingetreten . Einer der sichersten Wege, all das Gute zunichte zu machen, wäre, wenn die Industrie widersprüchliche Systeme und Standards implementieren würde“, wird Cheolmin Park, Vice President of Memory Global Sales & Marketing bei Samsung Electronics zitiert. „Von Wechselstrom gegen Gleichstrom in den alten Elektrokriegen bis hin zu Betamax gegen VHS lehrt uns die Geschichte, dass Branchen, denen es an klaren Standards und Formaten mangelt, Zeiten verpasster Gelegenheiten und verschwenderischer Ausgaben erleben. Die Einführung effektiver Standards wird die Komplexität minimieren, Ineffizienzen beseitigen und die Kosten von Produkten und Dienstleistungen senken, was sowohl Anbietern als auch Endbenutzern zugute kommt. Wenn die Datenspeicherung den zukünftigen Anforderungen der Endbenutzer gerecht werden soll, braucht die Branche jetzt einen breiten Konsens über Zoned Storage.“
Wim De Wispelaere, Vice President, Strategic Initiatives bei Western Digital erklärte zudem: „Die Implementierung und Weiterentwicklung von Zoned Storage wird die Speicherbranche in die Lage versetzen, durch den Einsatz intelligenter Architekturen ein Gleichgewicht zwischen Kosten, Latenz und Leistung zu finden“.
Doch weniger an der Hard- als vielmehr an der Software muss gefeilt werden, um die Branche für Zoned Storage zu rüsten. Um die gezielt sortierte und effizientere Datenspeicherung in Rechenzentren zur Norm zu bringen, müssen allerdings noch mehr Partner in der Zoned Storage Technical Work Group an einem Strang ziehen. Dafür rühren Samsung und Western Digital jetzt kräftig die Werbetrommel.
Als innovative Speicherlösung hat Zoned Storage unkonventionelle Regeln zum Schreiben von Daten. Zonen können sequentiell beginnend am Anfang einer Zone geschrieben werden, und die Daten innerhalb einer Zone können nicht willkürlich überschrieben werden. Daher ist es äußerst wichtig, dass sich die Branche auf den Host-Software-Stack ausrichtet, der es Speichersystemen ermöglicht, die Leistung von Zoned Storage optimal zu nutzen. Diese Ausrichtung des Host-Device-Modells ist ein entscheidendes Thema der Gesamtinitiative. Samsung, Western Digital und andere Ökosystempartner verpflichten sich, die erforderlichen Softwarekomponenten beizusteuern, die es Zoned Storage ermöglichen, über die Open-Source-Community zu gedeihen.
Samsung