Introduction Zoned Namespaces (ZNS) SSD

随着NVMe SSD普及化，企业应用的server端更是仰赖NVMe SSD带来的高传输效率与低延迟性，对于需要实时高速运算的server来说，更是一大助力。随着制程的更新，NAND flash也从一开始SLC、MLC到了TLC、QLC。虽然容量也随着提升，但寿命、可靠度方面便开始让人怀疑，是否能像以前那样好。毕竟到了TLC，抹写次数理论上约为1000~3000次，QLC甚至不到1000次。这对长时间频繁存取，可靠度要求高的server来说，无疑是一大打击，另一方面，以效能来说，TLC/QLC效能也比不上SLC/TLC。因此，ZNS (Zoned Namespace)的诞生，终于为上述遇到的难题提供了解答。

ZNS SSD到底是甚么呢? 为什么说他可以解决以上问题呢? ZNS是基于Open Channel 架构下衍生出来的一项新标准协议，最早导入在NVMe 1.4a spec，到了 NVMe 2.0a正式加入spec，也宣告未来ZNS的重要性。ZNS协议简化了软件层架构，对于Open Channel僵固的性质，开发商可以依照需求设计，换言之，ZNS架构比起Open Channel 更加的有弹性，同时ZNS协议的最大特点也在于可以将 Namespace 分区化。

传统的SSD如上方左图，整个SSD就是定义一个Namespace，不论是哪种application存取都是用同一个Namespace，因为都是在同一个区域内进行随机读写，每次读写都需移动、抹除，导致效率降低，以及写入放大增加，增加了平均抹写次数，降低了SSD寿命。右图为ZNS SSD，从范例中可以看出，整个Namespace分割成了3个区域，分别对应不同application应用，不同zone之间的数据是独立的，也就是说用户可以依照实际需求来设定zone。重要的是，ZNS规定每一个zone只能循序写入，可以随机读取。循序写入的方式可以降低写入放大，降低OP使用空间，减少NAND抹写次数，提升SSD寿命可靠度。控制数据写进NAND的FTL在ZNS SSD中移到了Host端，SSD controller工作负载减少，减少controller DRAM使用率，读写效能更稳定，这便是ZNS SSD带来的好处。