長期以來,固態硬碟(SSD)本身只是單純提供儲存資料的應用,即使在軟體定義儲存或超融合基礎架構當中,依然如此,不過,隨著中央處理器(CPU)技術的突發猛進,有些廠商開始把腦筋動到SSD與CPU的直接搭配,而發展出所謂的運算型儲存裝置(Computational Storage Device)。

基於這樣的架構,計算的工作負載可從伺服器端卸載到儲存裝置端,就近完成相關的資料處理作業,而不需大費周章在伺服器和儲存裝置之間往返。因此,就能順勢提升當前流行的多種大數據應用系統效能,像是人工智慧、機器學習,同時,運算型儲存技術的應用,也有助於本機的身分認證與加密作業,以及執行的容器化應用程式。

這是NGD Systems公司目前提供的運算型儲存解決方案,Catalina-2 SSD是最早主打的產品(2018年5月),在外型上,可使用2.5吋U.2和PCIe介面卡等兩種形式;到了2018年8月,他們發表了新一代產品「Newport」,可額外提供EDSFF(E1.S)、M.2等形式。
而在Newport平臺當中,NGD Systems也整合了14奈米製程的NVMe控制器,可搭配SLC、MLC、TLC、QLC等類型的快閃記憶體,最大可支援256TB的原生儲存容量。
就運算架構而言,NGD Systems的SSD搭配了4核心的64位元Arm處理器,能運用硬體加速的機制,並可執行Docker container的輕量虛擬化應用。

先前NGD Systems發布的部分,是名為Catalina-2(Cat-2)的NVMe SSD,在2017年上半推出,屬於FPGA版的SSD。這款儲存裝置最大可提供16TB的容量,有2.5吋U.2和PCIe介面卡等兩種外型的選擇,本身也配備了64位元的4核心 Arm處理器Cortex A53、ARM Neon DSP 協同處理器,可支援位於SSD之外的8GB記憶體,以FPGA的形式呼應NGD所謂的運算型儲存架構。

除了特殊的硬體規格,能同時具備儲存空間、CPU運算能力與硬體加速機制,Cat-2最大的特色是提供可程式化的應用程式執行環境,當中整合了In-Situ Processing技術,透過NGD Systems提供的API與程式庫,能把伺服器端的運算負載搬移到儲存裝置端執行。

NGD Systems運算型儲存系統的最大賣點,就是希望能將原本要仰賴處理器處理的工作負載,可卸載到具有運算能力的固態硬碟上執行,進而在資料存取的作業上,獲得低延遲與高頻寬的成效。

這樣的架構,需仰賴NGD Systems提供的運算型SSD,讓資料的處理和硬體加速的機制,能夠就近在儲存裝置端進行,無需大費周章將資料取出,傳送至主機端處理,之後,再將資料傳回儲存裝置端,期盼能藉此將相關運算的負載從主機端(中央處理器)卸下,而能在儲存裝置端平行處理,進而加速大數據的分析,以及各種人工智慧相關的資料處理作業。

開發人員可透過NGD提供的軟體平臺(SDK),讓應用程式和SSD透過NVMe或PCIe的協定來溝通、進行簡易擴充,而且,可從中調整軟體內容,無需大幅修改主機端代理程式的部份,對於系統核心的更新與混合使用硬碟的部份,也能選擇啟用或關閉。

圖中是In-Situ Processing軟體平臺在主機端與固態硬碟之間的運作架構,兩者之間的溝通是透過PCIe/NVMe,不需經由其他通訊協定或介面,而在主機端的部份,不需要搭配複雜的元件,僅有代理程式的程式庫(Host Agent Library),以及針對特定作業系統提供的圖形使用介面或命令列介面,至於應用程式的部份,企業需要進行小幅修改來搭配Host Agent Library,但不需要更新作業系統核心。

這是NGD固態硬碟的軟硬體組成元件,底層是固態儲存控制器與即時處理器,對應快閃記憶體的微型程式碼、管理機制、資料傳輸。
運算型儲存的部份,也搭配中央處理器、協同處理器與硬體加速晶片,可執行主機或硬碟管理程式、容器應用程式,以及從主機端遷移過來執行的應用程式。

產品資訊

NGD Systems Catalina-2
●建議售價:廠商未提供
●容量:8TB、16TB、32TB
●外型:2.5吋U.2或PCIe卡
●採用快閃記憶體類型:3D TLC
●讀寫速度:循序為250MB/s與220 MB/s,隨機為3.5萬IOPS與2.4萬IOPS
●使用介面:PCIe 3.0 x4、NVMe 1.3
●保固期間:3年

【註:規格與價格由廠商提供,因時有異動,正確資訊請洽廠商】


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