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公開 January 16, 2024

著者 Tahmid Rahman

記事

コアからエッジまで広がるデータセンター SSD の新たなユースケース

Three emerging use cases- SSDs in smart ag, SSDs in autonomous vehicles, SSDs in edge and data center.
Three emerging use cases- SSDs in smart ag, SSDs in autonomous vehicles, SSDs in edge and data center.

私たちは、かつてないほどデータを生成し、消費しています。世界、そしてすべての業界で、データは決して眠ることはありません。 専門家は、2025年までに、年間 181 ゼタバイトのデータを生成、消費、分析すると予測しています。1 年間成長率 (CAGR) が 23% であることから、私たちが観測していることは、データの生成と消費が大幅に急増しています。ここで疑問が浮かびます。どこにすべてのデータを保存すればいいのでしょうか?

データストレージの必要性の範囲

データストレージの場所について話すとき、考慮すべき主なサブカテゴリが 3 つあります。エンドポイントデータでは、情報はノートパソコン、モバイルデバイス、ウェアラブル端末、車両、ローカルサーバーなど、デバイス自体にあります。エッジでは、これらのエンドポイントからのデータは、地域のオフィスや小さなデータセンターなどのエンタープライズ向けの高度な場所、あるいはコア (別名クラウド) へと流れます。 

たとえば、: 

  • 毎分 66,000 枚の写真が Instagram にアップロードされています
  • 毎分 50万ドル相当の取引が Venmo や AWS で行われています
  • 毎分 600万回の検索が Google で行われています

私たちは年々より多くのデータを生成してきましたが、ここ数年で使用方法が変化しました。現在では、一時キャッシュにデータを生成して上書きするのではなく、この新しいデータを前例のない速度で保存しています。そのデータのほとんどはクラウドまたはエッジに保存されます。2

クラウドネイティブのデータはコンテンツの核となる未来である

上述のデータの大部分はクラウドに送られます。Gartner は、2025 年までに新しいデジタル・イニシアチブの 95% 以上がクラウドネイティブになると予測しています。3 このコンテンツを収容するデータセンターは低温を保つ必要があります。事実、データセンターのエネルギーコストの 40% が冷却に起因している可能性があります。そして、高度な AI モデルは数年ごとに 10,000 倍の速度で成長しているため、4 データセンターのドライブのパフォーマンスを維持しながら電力消費に対処し、同時に電力消費をより優しくする必要があります。 複数階建てのデータセンターでは、こうした冷却と電力の課題がさらに顕著になります。 

エッジのデータはモノのインターネット (IoT) によって動かされる

同時に、「エッジ化」というべきデータストレージ現象が現実のものとなっています。モノのインターネット (IoT) はデータ作成に影響を与えており、それがデータの保存と取得にも影響しています。  2023年末までに約145億台の IOT デバイス が接続され、ローカル エッジ SSD の CAGR は 50% 増加しています。 5,6 エッジには、重量からフォームファクター、堅牢性に至るまで、局所性に関する特有の課題があります。

データストレージと持続可能性のニーズに答えるソリダイム

現在、現実世界の持続可能性を念頭に置き、適切な耐久性を提供する高密度の SSD がこれまで以上に必要とされています。持続可能性の重要な課題の 1 つは、設置面積の削減です。ソリダイムのストレージソリューションは、ユニットレベルの密度を高め、適切な耐久性を提供することで、ドライブ廃棄コストの削減、ラックレベルの統合、総電力削減といった面で持続可能性を推進するのに大いに役立ちます。 

ここで、コアとエッジにわたる 3 つの新たなユースケースを見て、密度と耐久性の要件が現実のアプリケーションでどのように形成されているかを見てみましょう。

1. 自動運転でのデータ活用 

一般に自動運転と呼ばれる先進運転支援システム (ADAS) では、膨大な量のデータのログ記録と検出作業を行う必要があります。ここで衝撃や振動に優れた仕様と機能を備えた SSD が最適なのは、このエッジストレージ・アプリケーションにおいては起伏や道路の凹凸への対応が要求されるためです。これらのシステムには、1時間当たり最大 19TB のフィルレート要件が設定される場合があります。24時間年中無休のデューティー・サイクルではありませんが、年間 17,600 分の運転プロファイルにより、年間 5PB のデータが生成されます。7

ソリダイムの SSD 製品ポートフォリオに並ぶ SSD ならば、スマートドライビング・アプリケーションの耐久性要件を満たすことができます。ですが、それ以上に重要なのは、 QLC 製品ライン は、労働力、水、肥料などのリソースを最適化しながら作物の収量を向上させるスマート農業や精密農業などのアプリケーションを含む、一部の新たなストレージのユースケースに必要なパフォーマンスと耐久性の両方を提供できるということです。これらは、エッジで大量のデータの必要性を促進するプロセスであり、主に意思決定のためにリードが主体となります。8

2. ロボットやドローンでのデータ活用

ロボット システムやドローン、衛星画像分析はリアルタイムでデータを作成します。 たとえば、John Deere の農業機械に搭載される See and Spray 機能の場合、車両の移動中に作物ごとに 1 秒あたり 20 枚の画像が撮影されます。 これらの画像は、農薬を散布する必要がある領域を把握するために、保存されている 100 万枚の画像と比較されます。 これは、オンボードカメラがあらゆる瞬間に画像をキャプチャすることで支援され、噴霧器ごとに 6 TB/日のストレージが必要になります。9

3. オブジェクトストレージデータの使用例 

コア・データセンターでは、オブジェクト ストアは非構造化データのデータ ストレージ ソリューションです。ユーザーが 5PB のデータプールをカバーするために拡張する必要があると想像してみてください。 Dell EMC の F600、あるいは F900 システムはそのための優れた設備です。Dell F900 は、約1ペタバイトのストレージを収容できます。 Dell 独自のフィールド・トレースデータ分析によると、導入された D5-P5316 ドライブの一部からドライブ寿命は14 年であると推定しました。10

現実世界のデータストレージに関する結論

ここまでに挙げた実際のユースケースのいくつかから、以下のようなドライブレベルの分析とフリートデータに焦点を当てることができます。

  1.  トロント大学の調査によると、エンタープライズ展開におけるワークロードの大部分は 80% がリード、20% がライトでした。11 
  2. Storage Reviewは、ソリダイム D5-P5316 QLC ドライブ 19台を使用して円周率100兆桁分の分析を行い、5年間のドライブ保証期間をはるかに超えた外挿耐久性を測定しました。これは、これらのハイ・パフォーマンス・コンピューティング(HPC)アプリケーションにとって、耐久性は問題ではないことを意味します。 (その分析については、こちらからお読みください。)
  3. NetApp は現場での大規模導入による SSD の動作特性に関する調査を実施しました。この調査から収集できる情報はたくさんありますが、最も重要な発見の 1 つは (§3.1.2 で述べたように)、「人口の大多数 (約 95%) が早期に疲弊することなく QLC に移行可能」、 ただし QLC SSD が 3K PE サイクル以上を提供できるという条件付きで、ということですが、既にソリダイムは QLC 製品でこれを達成してしています。12

正しいストレージ・ソリューションの選び方

ストレージのユースケース専用のスイムレーンのニーズが高まっています。 アプリケーションにどの SSD を選択するかは、ターゲット ドライブの 1 日あたりの書き込み数 (DWPD) およびワークロードのライト偏重、リード偏重、あるいは両方の混合といった性質によって異なります。 1 つのサイズがすべてに適合するわけではないため、ストレージ・ソリューションの構築を計画する際に複数の要素を比較検討することで最良の結果が得られます。 図 1 は、実行するアプリケーションに適したストレージ ソリューションの選択を始めるのに役立ちます。

QLC と SLC の使用例の比較

ソリダイムでは、幅広い用途に特化した多数の耐久性レベルとパフォーマンス レベルを提供しています。図 1 でご覧の通り、ソリダイム D7-P5810 (SLC NAND ベース) は DWPD で測定された最高の耐久性を誇ります。同時に、 At the same time, 0.5+ DWPD を備えた QLC ベースの SSD は、その大容量 (最大 61.44TB) により、ソリダイム製品の中でも最高のペタバイト書き込み能力を実現します。 

次の表は、相対的な書き込み耐久性能力に基づいて、ソリダイムのドライブがさまざまなデータセンターのワークロードにどのように利用できるかを示しています。コアからエッジまでのユースケースに着手する際、密度、耐久性、パフォーマンスの適切な要件の組み合わせを理解することが、ユースケースに適切なストレージ ソリューションを確実に確保するための鍵となります。 

DWPD SSD の耐久性のためのターゲット・アプリケーションと SSD の使用例

図 1. 耐久性のスイムレーン図とターゲット・アプリケーションおよびその使用状況

ストレージのユースケースはどのように進化しているのか 

SSD の主要なユースケースのいくつかは、ソリッドステート・ストレージ・テクノロジーのユースケースの拡大により多方向へ進化しています.

1. 耐久性 

第 1 世代 SSD は、場合によっては10 ~ 20 DWPD程度まで、非常に高い書き込み耐久性要件を満載すると期待されました。 ライト・アンプ率(ホスト要求と比較した NAND への書き込みに要する時間)は、SSD ファームウェア・アーキテクチャーの改良と、SLC、TLC および QLC NAND のプログラム/消去サイクルにおける耐久性レベルにより、やや標準化されています。 

JESD219 規格は、耐久性測定に使用されるワークロードの種類について、多くの人が待ち望んでいた明確性を打ち出してきました。 図 1 の上部のセクションは、ワークロードの展望が、製品の各スイムレーンによって定義される独自の耐久性を提供できる方法にどのように適合できるかの例です。

2. パフォーマンスと影響 (H3)

ソリッドステート・ストレージやユースケースの進化で世代的な変化が起こるにつれて、帯域幅や IOPS を超えた分野がますます注目されています。 移行ワークロード後の IOPS の一貫性、TRIM 操作後のレイテンシー・レスポンス、低~中間の QD パフォーマンスの検討は興味深いものです。 

ドライブのサイズが大きくなるにつれて、一方のテナントの IO がもう片方のレイテンシーに影響を与えないマルチテナンシー・アプリケーションを活用するために、NAND やドライブ・ファームウェアレベルで新しい技術が実装されています。 将来、フレキシブルデータ配置 (FDP) モードによる粒状コントロールは、ドライブ・ファームウェアの内部ガベージコレクションによって引き起こされる可能性のある耐久性とパフォーマンスの低下なしに、ホストがデータを配置するのに役立ちます。

3. フォームファクター

HDD を継承した 2.5インチ フォームファクターを持つデータセンター向け SSD にとって、あらゆる規模のソリューションの時代は過ぎ去りました。 EDSFF がコネクターに提供してきた様々なフォームファクターは、信号の整合性とホットプラグの堅牢性を向上させてきました。 共通のコネクタ設計の実装により、クラウドやデータセンター・プラットフォームへの導入が、いくつものロング、ショート、トールフォームファクターを実現しました。

4. データ中心の機能 データセンターに導入された第1世代SSDには、1) 電力損失時データ保護、2) 一時的なバッファから NAND メディアへの移行時に、ECC でエンドツーエンドでデータを保護する機能という、2 つの重要な機能がありました。 

帯域外管理、テレメトリー、レイテンシーを追跡して健康状態をすぐに実行できる機能などの高度な機能は、現代の SSD に必須の機能です。 コンピューティング・ストレージと AI の出現により、これらのテクノロジーは、将来の導入に向けたドライブ自体の故障予測のために導入されると見込まれています。 将来の開発における重要な分野の 1 つは、再利用、用途変更、再プロビジョニングといったSSD の持続可能な利用です。

将来の SSD 開発に影響を与える SSDのユースケースの重要なパラメータ。

図 2. 将来の SSD を記述するユースケース

最後に

データの増加と SSD の成熟により、使用モデルは従来のエンタープライズ・アプリケーションとは結びつきがなくなりました。 クラウド・サービス・プロバイダー (CSP) は、SSD の大規模な導入に革命を起こしました。 CSPはまた、新機能や新しいフォームファクターの推奨により業界を形作る手助けとして、NAND メディアと耐久性層に基づく差別化されたポートフォリオを活用しています。 エッジにおける新たなユースケースは、AI 革命を推進するストレージの必要性と併せて、次世代 SSD にさらに新しい要件を課します。 

市場全体のニーズを1つのフォームファクターで満たす時代は過ぎ去りました。 将来のイノベーションは、ストレージのユースケースの展望が持つワークロードのニーズによって導かれ、定義されます。 テクノロジーとして、ソリダイム SSD は、それらを活用するのに十分なほど迅速です。

 

[1] https://explodingtopics.com/blog/data-generated-per-day

[2] https://www.red-gate.com/blog/database-development/whats-the-real-story-behind-the-explosive-growth-of-data

[3] https://www.datacenterdynamics.com/en/opinions/the-five-big-trends-powering-tomorrows-data-center/

[4] https://pages.dataiku.com/report-idc-2023

[5] https://iot-analytics.com/number-connected-iot-devices/

[6] https://www.idc.com/getdoc.jsp?containerId=US50673423

[7] https://www.solidigm.com/products/technology/inonet-used-solidigm-qlc-drives-for-duration-cost-accuracy-of-test-drive-results.html and https://www.visualcapitalist.com/network-overload/

[8] https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/precision-agriculture#:~:text=Precision%20agriculture%20(PA)%20is%20the,of%20fertilizers%20and%20irrigation%20processes.

[9] https://www.deere.com/en/sprayers/see-spray-ultimate/

[10]  https://www.storagereview.com/review/dell-powerscale-benefitting-from-qlc-ssd-economics-and-performance

[11] https://www.usenix.org/conference/fast22/presentation/maneas

[12] https://www.usenix.org/system/files/fast22-maneas.pdf

著者紹介

タフミド・ラーマンは、ソリダイムの製品マーケティング担当データセンター・ディレクターです。 製品のポジショニング、ベンチマーク、現在および将来の製品に対する顧客要件の統合などを主に担当しています。 バングラデシュ工科大学で学士号、また、テキサス A&M 大学で電気工学の修士号を取得しています。 また、カリフォルニア大学デイビス校でもMBAを取得しています。 観光やハイキングなどのアウトドアアクティビティが趣味です。

 

Emerging Use Cases for Data Center SSDs from Core to Edge