KAIST 推出 GAZE:修正作業系統瓶頸,讓 ZNS SSD 速度最高提升 3 倍

KAIST 研究團隊發表 GAZE,這項檔案系統技術專門處理 ZNS 儲存裝置的垃圾回收(garbage collection),可讓 SSD 效能最高提升 3 倍,且不需要特殊硬體。

ZNS 儲存裝置為什麼會變慢?

由 Youjip Won 教授領軍的 KAIST 研究團隊近日發表 GAZE,這是一項檔案系統技術,目標是解決拖慢新一代快閃儲存裝置的作業系統瓶頸。根據 EurekAlert 報導,這項研究成果已在布拉格舉行的 ACM SOSP 2026 上發表。

快閃儲存裝置無法直接把新資料覆寫在舊資料上。若要重複使用容量,儲存裝置必須先把仍有價值的資料複製到其他位置,再清除剩餘部分。這個清理流程就稱為垃圾回收。

研究團隊聚焦於 ZNS(Zoned Namespace),這種儲存方式會把儲存裝置切成多個大型 zone,每個 zone 可容納數 GB 的資料。這種做法讓儲存裝置本身保持簡單,卻把清理工作轉嫁給檔案系統,而檔案系統原本是為了處理小得多的區域而設計的。

在團隊的測試中,清理 1 個 1 GB 的 zone 約需 1.7 秒,是清理 2 MB section 的 283 倍。在這段期間,新的寫入指令只能停下來等待。令人意外的是,超過 70% 的延遲來自 CPU 的工作,例如檢查哪些資料仍然有效或處理記憶體,而不是來自儲存裝置本身。

GAZE 如何處理清理流程

GAZE 把垃圾回收拆成 4 個彼此重疊的步驟,因此系統在寫入前一批資料的同時,就能讀取下一批資料。這項技術也會預先保留清理所需的記憶體,而不是一點一點地逐次申請。此外,可暫時存放在記憶體中的寫入指令,也不必再等待清理程序完成。

結果顯示,GAZE 的效能最高可達標準配置的 3 倍,同時也優於 ZNS+ 和 P-GC 等先前的解決方案。清理時間縮短至約三分之一。這套方案不需要特殊硬體,也不必改變資料在儲存裝置上的存放方式。

Won 教授表示:「這項研究的意義在於,我們徹底移除了作業系統層面的瓶頸,而它正是阻礙高速快閃裝置發揮全部實力的原因。」

影響最明顯的是 AI 推論,因為處理器需要資料準時到位,一旦必須閒置等待,效率就會下降。如果 GAZE 能進入資料中心,業者已投資的高速儲存系統就有機會發揮完整速度。

來源:Digital Trends

审核人: Hero Association