11月1日，在2023雲棲大會上，阿里巴巴平頭哥發布旗下首顆SSD主控晶片鎮岳510。
該晶片為雲計算場景深度定製，實現4μs超低時延，比業界主流降低30%以上，誤碼率低至10^-18，比業內標杆領先一個數量級。
鎮岳510將率先在阿里雲數據中心部署，可應用於AI、在線分析、在線交易、大數據分析、高性能資料庫等業務場景。
為何要自研SSD主控晶片？雲計算對存力提出了更高的需求
雲計算符合馮諾依曼架構：數據從存儲設備中取出，通過網絡傳送到計算單元，運算結果通過網絡傳輸至存儲設備中保存。
算力、網力、存力，共同構築了雲計算的基礎。
為了滿足雲上業務的迅猛發展，以CPU為代表的通用算力，以GPU、NPU為代表的的AI算力，以指數級迅速增加；而網絡也從25GE、100GE、200GE快速演進，並將進入400GE、800GE時代。
以SSD為代表的存力，同樣面臨了新的挑戰和訴求。
●極致的性能。
SSD是計算數據的來源與結果數據的目的地，其讀寫吞吐速率的高低，將制約整個計算系統的性能。
●復雜負載下的穩定時延。
時延是SSD從收到命令到返回命令響應的耗時。雲上為了提高並發能力，業務請求通常會被拆分為多筆子請求分散到眾多SSD並發執行。任何一塊SSD的時延發生抖動，都會造成整個業務請求的延遲。
●更優的TCO。
綠色、減碳是雲數據中心的一貫追求。如何提升能效，以更低的功耗，提供更高的性能，是SSD的重要挑戰。
●更高的存儲密度。
提高數據中心資源利用率是雲的核心訴求。提高SSD的存儲密度，在單塊SSD內提供更大的存儲容量，可以有效減少所需部署的伺服器數量、交換機/路由器數量。
隨著雲技術進入深水區，雲開始與底層晶片全方位融合聯合設計，提供更好的用戶體驗。
第一：消除SSD接口稅。通過存儲軟體與NAND特性完美契合，達到數據排布的最優化，後台操作的最小化。
第二：全鏈路QoS優化。延遲敏感型與帶寬敏感型IO實現了精細化區分處理，提升延遲敏感型IO的SLA。
第三：智能卸載。可靠性計算卸載至SSD，實現全路徑存儲語義校驗，同時也減輕了伺服器主機算力開銷。
隨著這一系列雲計算對存力提出的新的需求的出現，也使得對於SSD主控晶片的能力的要求也越來越高。基於此，平頭哥選擇自研了更符合“雲計算需求”的SSD主控晶片鎮岳510。
鎮岳510發布：內置玄鐵910 RISC-V多核CPU，誤碼率領先業界標杆一個數量級
和CPU一樣，SSD是計算機系統的核心部件，主控晶片作為SSD的「大腦」，負責主機交互、協議解析與執行、數據讀寫、數據糾錯、數據管理等核心任務，不僅直接影響整個系統的性能，還保障了業務的安全與穩定。
鎮岳510則是平頭哥旗下第一顆SSD主控晶片。
鎮岳510支持先進的PCIe 5.0接口，支持DDR 5.0技術，內置玄鐵910 RISC-V多核CPU，採用平頭哥自研緊耦合晶片架構，對SSD任務進行高度抽象，可固化任務硬化為加速算子以提升性能，FTL關鍵任務則運行於玄鐵910CPU以保持靈活性。
鎮岳510每秒可處理高達340萬筆IO，一枚鎮岳510的性能，相當於1萬塊高性能HDD的性能總和。
此外鎮岳510擁有極高的能效比，每瓦功耗可提供42萬筆IO訪問
。以一個部署了10萬塊SSD的數據中心為例，相比目前主流的PCIe 4.0SSD，鎮岳510在相同的性能下，僅主控晶片即每年節省260萬度電.
按照一度電排放0.785千克二氧化碳計算，每年可減少二氧化碳排放2千噸。
鎮岳510內置創新的IO自動化處理機制，前端IO解析與處理，由專用硬體模塊自動完成，實現了業界領先的超低的時延（4μs），可以帶給應用極佳的體驗，比業界SSD降低30%以上。
不僅如此，鎮岳510晶片內實現了IO/YS/GC的全鏈路隔離，極大的降低這些任務之間的相互干擾，提供了既低又穩定的時延表現。
鎮岳510內置了平頭哥自研的高性能LDPC糾錯算法，編碼效率逼近香農極限，同時ErrorFlow相比業內SSD更優一個數量級；
同時藉助平頭哥自研快閃記憶體電壓預測算法，可以在各種快閃記憶體的不同工況、壽命、溫度等條件下，准確預測快閃記憶體電壓漂移，進一步降低LDPC解碼器的輸入誤碼率。
它實現了低至10^-18的UBER，相當於每讀取百億億筆數據，才可能有一筆數據糾錯失敗。
鎮岳510做了哪些定製？
鎮岳510不僅具備更強存力、更高可靠等特點，還通過為雲定製，帶來更優秀的存儲體驗。
在傳統的系統方案中，SSD與存儲系統分離設計。
SSD負責底層快閃記憶體數據排布，但無存儲語義而無法達到最佳排布；SSD負責後台任務，但無法判斷最佳啟停時機；而存儲系統有存儲語義卻無法排布快閃記憶體數據，有最佳時機卻無法啟停SSD後台任務。
上下的割裂給整個存儲系統的性能與壽命帶來了額外消耗，這被稱為“SSD接口稅”。
因此ZNS協議被發展出來，通過將盤內FTL層上移至存儲系統，達到了存儲系統與快閃記憶體特性的完美匹配，消減了“SSD接口稅”。
2021年5月，ZNS協議被收入NVMe規范2.0版本中，並得到了SPDK、Linux以及各設備商的支持。
鎮岳510完美實現了ZNS協議，通過靈活的硬體表項加速保持了高IO性能，而Zone分區狀態則交由玄鐵910CPU維護，保留了對新協議的靈活性。
此外，鎮岳510定製了Last Sector 隨機寫功能，實現了小報文的多次反復下盤，簡化了ZNS的應用難度。
數據請求可以分為帶寬敏感型與時延敏感型，不同的請求應予以不同的處理策略，才能達到業務最佳SLA。
NVMe規范中制定了以隊列為粒度的標准SQ調度機制，但其靈活性較差，對於業務種類復雜、追求靈活可配的雲存儲系統來說，它並不是最佳選擇。
鎮岳510在支持NVMe標準的SQ調度機制的同時，額外定製了基於IO粒度的優先級調度機制，允許系統按IO打標，優先級種類多達8級，結合雲存儲系統，能夠更好的保障延遲敏感型業務的服務質量。
雲存儲系統的完整數據鏈路 ，從計算端開始，通過網絡到存儲伺服器，再通過內部互聯到達SSD。
為了保障數據的高可靠，全鏈路應採用語義一致的完整性校驗。
但NVMe規范只規定了以Sector為單位按照T10 DIF/DIX的校驗機制，與存儲系統的語義並不相同，因此SSD的校驗與存儲系統的校驗產生了差異。
鎮岳510以IO為粒度，遵循上層存儲語義進行校驗，補齊了整個存儲系統的數據鏈路校驗的最後一環。
不僅如此，鎮岳510還支持以存儲語義對內部數據進行後台巡檢，而無需再讀出至伺服器，節省了寶貴的PCIe帶寬、伺服器記憶體帶寬與CPU算力。
據介紹，鎮岳510將率先在阿里雲數據中心部署，可應用於AI、在線分析、在線交易、大數據分析、高性能資料庫等業務場景。
得益於基於鎮岳510的SSD與阿里雲數據存儲底座——飛天盤古平台的軟硬協同設計，提升了數據可靠性、SLA以及存儲效能，構建了從晶片到系統的全棧自研分布式存儲。
此外，鎮岳510提供的ZNS能力與飛天盤古存儲引擎協同，增強了雲存儲的靈活性，推進了數據中心往軟體定義快閃記憶體方向發展。
小結：
過去5年，平頭哥已推出多款算力晶片，其雲原生處理器晶片倚天710已在阿里雲數據中心規模化部署，算力性價比提升超30%，已服務數千家電商、短視頻、在線教育等領域客戶。
此次鎮岳510的問世，意味著平頭哥的晶片產品家族從算力擴展到了存力領域，進一步為雲計算行業提供高性價比的技術底座。
平頭哥產品總監周冠鋒也表示：“算力、網力、存力共同構築了雲計算的基礎，算力和網絡在過去幾年已實現快速演進，以SSD為代表的存儲技術也必須與雲計算軟體系統融合設計，為企業用戶帶來更優秀的存儲體驗。”
來源：快科技
