隨著NVMe SSD普及化,企業應用的server端更是仰賴NVMe SSD帶來的高傳輸效率與低延遲性,對於需要即時高速運算的server來說,更是一大助力。隨著製程的更新,NAND flash也從一開始SLC、MLC到了TLC、QLC。雖然容量也隨著提升,但壽命、可靠度方面便開始讓人懷疑,是否能像以前那樣好。畢竟到了TLC,抹寫次數理論上約為1000~3000次,QLC甚至不到1000次。這對長時間頻繁存取,可靠度要求高的server來說,無疑是一大打擊,另一方面,以效能來說,TLC/QLC效能也比不上SLC/TLC。因此,ZNS (Zoned Namespace)的誕生,終於為上述遇到的難題提供了解答。

ZNS SSD到底是甚麼呢? 為什麼說他可以解決以上問題呢? ZNS是基於Open Channel 架構下衍生出來的一項新標準協議,最早導入在NVMe 1.4a spec,到了 NVMe 2.0a正式加入spec,也宣告未來ZNS的重要性。ZNS協議簡化了軟體層架構,對於Open Channel僵固的性質,開發商可以依照需求設計,換言之,ZNS架構比起Open Channel 更加的有彈性,同時ZNS協議的最大特點也在於可以將 Namespace 分區化。

傳統的SSD如上方左圖,整個SSD就是定義一個Namespace,不論是哪種application存取都是用同一個Namespace,因為都是在同一個區域內進行隨機讀寫,每次讀寫都需移動、抹除,導致效率降低,以及寫入放大增加,增加了平均抹寫次數,降低了SSD壽命。右圖為ZNS SSD,從範例中可以看出,整個Namespace分割成了3個區域,分別對應不同application應用,不同zone之間的數據是獨立的,也就是說用戶可以依照實際需求來設定zone。重要的是,ZNS規定每一個zone只能循序寫入,可以隨機讀取。循序寫入的方式可以降低寫入放大,降低OP使用空間,減少NAND抹寫次數,提升SSD壽命可靠度。控制資料寫進NAND的FTL在ZNS SSD中移到了Host端,SSD controller工作負載減少,減少controller DRAM使用率,讀寫效能更穩定,這便是ZNS SSD帶來的好處。

ZNS SSD對比傳統單一Namespace SSD有著許多優勢,對於ZNS SSD的一致性、效能以及可靠度的驗證,身為SSD測試先驅的百佳泰也正積極備戰,陸續與幾間知名測試設備廠商合作,預計導入ZNS相關測試設備以及對應的測試腳本。

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