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Storage

SSD “Key Value”, Samsung realizza il primo prototipo basato su standard aperto

Samsung ha annunciato il suo primo prototipo di SSD KV con interfaccia standardizzata SNIA destinato ai datacenter. Ridurrà il carico di lavoro sulla CPU.

Samsung ha annunciato di aver sviluppato il primo prototipo industriale di SSD “Key Value” (KV), conforme al corrispondente nuovo standard aperto.

Gli SSD KV spostano il carico di lavoro di archiviazione sostenuto oggi dalle CPU nell’SSD, migliorando notevolmente l’efficienza hardware e software. Questo apre la strada a una nuova generazione di architetture di storage scalabili e ad alte prestazioni.

I dati sono archiviati in SSD in blocchi di dimensioni fisse (la più piccola quantità cancellabile di dati in un SSD), ognuno con il proprio ID. Ma la maggior parte dei dati reali non è strutturata, come file musicali, fotografici e ZIP.

Pertanto, gli SSD convertono di norma gli object data (che possono variare notevolmente nelle dimensioni) in frammenti di dati con le dimensioni di questi blocchi. Quando alcuni dati vengono modificati, l’intero blocco viene cancellato e riprogrammato.

Per soddisfare i modelli d’uso del mondo reale, la maggior parte dei software per datacenter (ad esempio LevelDB, Amazon DynamoDB) usa l’archiviazione key value dove una chiave di dimensioni variabili è legata a una raccolta di dati di dimensioni variabili. In programmazione questo si chiama key-value tuple. In altre parole, viene inviata una chiave seguita dai dati associati a quest’ultima.

Tuttavia i software che utilizzano l’archiviazione KV richiedono molte risorse in termini di CPU. La preoccupazione dei principali attori nel mondo dei datacenter è che con l’aumentare della velocità degli SSD, le CPU arrivino a saturarsi.

L’idea alla base dei nuovi SSD Key Value quindi è quella di supportare in maniera nativa il key value storage (KVS). In questo modo l’indirizzamento delle chiavi verso i pacchetti dati viene affidato direttamente all’SSD alleggerendo il carico di lavoro per la CPU e liberando risorse a supporto del sistema.

Samsung aveva già annunciato il primo prototipo proprietario di SSD KV già due anni fa. Ad aprile la Storage Networking Industry Association (SNIA) ha rilasciato lo standard aperto Key Value Storage API v1, che offre ai produttori un’interfaccia di programmazione indipendente per il KVS (Key Value Storage). Da qui nasce il nuovo prototipo di Samsung.

Michael Oros, direttore esecutivo di SNIA, ritiene che in futuro gli SSD KV avranno un’ampia diffusione: “la specifica SNIA KV API, che fornisce un’interfaccia standard per l’intero settore tra le applicazioni e gli SSD KV, apre la strada ad una ampia adozione di un protocollo API standard per gli SSD KV”.

Samsung sostiene che siano numerosi i vantaggi legati alla tecnologia di archiviazione KV. Spostare le operazioni di archiviazione direttamente sull’SSD – in maniera standardizzata – libera la CPU dal lavoro relativo alle operazioni sui blocchi e dalla garbage collection (necessaria per il KVS basato su software); ne consegue un aumento delle prestazioni dell’intero sistema ed un efficientamento del software.

L’overhead ridotto sulla CPU inoltre aumenta la scalabilità degli SSD interconnessi tra loro. Infine, secondo Samsung, anche la write amplification viene decisamente ridotta. Infine, l’usura degli SSD dovrebbe ridursi, prolungandone la vita.

In una presentazione del 2017 Samsung mostrò come il suo prototipo di SSD KV riusciva a gestire 8 volte più interrogazioni (query) al secondo (QPS) in un benchmark casuale con una riduzione del traffico verso il device di circa il 90%.

Inoltre, portando il numero di SSD a 18, la quantità di query gestite è aumentata in maniera lineare ottenendo un valore di QPS (query al secondo) 15 volte superiore rispetto agli SSD standard. Risultati simili sono stati raggiunti in un test sequenziale e in uno di scalabilità su più client.

In termini d’uso della CPU, l’SSD standard ha raggiunto 400.000 QPS con un uso dell’80% del processore, mentre con l’implementazione del KV ha prodotto 2,1 milioni di QPS con il 30% d’uso del processore.

Samsung ha affermato di essere già a lavoro con diverse aziende in modo da creare un ecosistema per questa tecnologia. Il suo prototipo di SSD KV inoltre è “sufficientemente avanzato” da renderlo disponibile per le aziende per lo sviluppo di software.

L’azienda sudcoreana ancora non ha annunciato quando questi nuovi dispositivi saranno disponibili, ma ciò non avverrà fino a quando tale tecnologia non sarà estesa anche agli SSD NVMe.