JP2017531856A - アクティブストレージユニットおよびアレイ - Google Patents
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Abstract
アクティブストレージユニットおよびアクティブストレージアレイが提供される。アクティブストレージユニットは、プロセッサ、プロセッサに通信可能に結合された少なくとも1つの内部メモリモジュール、およびアクティブストレージユニットをプログラムするためにプロセッサに通信可能に結合された再構成可能な論理回路を有するアクティブ制御ボードを含む。アクティブストレージユニットは、アクティブ制御ボードに通信可能に結合された複数のストレージデバイスをも含む。【選択図】図4a
Description
本発明は、概してアクティブストレージユニットおよびアレイに関し、排他的にではないが、特に、ストレージサーバおよびレイド(RAID:redundant array of independent disks)コントローラサブシステムの使用を無くするように構成され組み立てられたアクティブストレージユニットおよびアレイに関する。
在来のデータセンタは、ふつう、インテリジェントな能力をほとんどあるいはまったく持たないストレージデバイスまたはボリュームを使用する。これらのストレージデバイスまたはボリュームは、能力のないデバイスとみなされ、簡単な読み出し/書き込み機能を実行し得るに過ぎない。これらをデータセンタで拡張可能に使用するためには、通例、ブロックベースのストレージデバイスを抽象化するためにストレージサーバにおいてシステムソフトウェアの積み重ねが必要とされる。複数のストレージデバイスを種々の論理ボリュームにグループ化し管理するためにRAIDコントローラも使用される。
図1aは、在来のストレージアーキテクチャを図示するブロック図を示す。図1bは、図1aのストレージアーキテクチャの典型的動作を図示するフローチャートを示す。ここで、2つのストレージサーバおよび2つのストレージアレイエンクロージャが示されているが、数はデータセンタのニーズに応じて変化し得る。各ストレージアレイエンクロージャは、それぞれのストレージサーバによって制御されるハードディスクドライブ(HDD:hard disk drive)等の複数のストレージデバイスを含む。別の構成では、ストレージエンクロージャは、基礎を成すHDDの論理ボリューム抽象化およびディスク障害の可能性に備えてのデータ保護を提供するためにRAIDコントローラを包含することができる。通例、ステップ1で、クライアントデバイスはメタデータサーバにデータマップを要求する。ステップ2で、メタデータは、データマップを取り出して、それをクライアントデバイスに送る。ステップ3aで、クライアントデバイスはデータを第1ストレージサーバに送り、データはブロックに分解される。ステップ4a/4b/4c/4dで、それらのデータブロックは第1ストレージアレイエンクロージャのストレージデバイスに書き込まれる。幾つかのシステムでは、ステップ3aと並行して、ステップ3bで、クライアントデバイスはデータを第2ストレージサーバに送り、データはやはりブロックに分解される。ステップ5a/5b/5c/5dで、それらのデータブロックは第2ストレージアレイエンクロージャのストレージデバイスに書き込まれる。
データ管理および処理からデータ記憶を分離する在来のアーキテクチャには、コストおよび拡張性の問題がある。データセンタにあるデータが多ければ多いほど、追加のストレージデバイスを管理しストレージ抽象化を提供するためにより多くのストレージサーバが必要になる。これは、多数のサーバのハードウェア経費に関してのみならずメインテナンスに関してもコストを増大させる。他方では、もしストレージサーバの数が同じままであるとすれば、ストレージノードの同じ量のリソースがより大量のストレージデータを処理しなければならないので、ストレージノードにおけるデータ管理およびパフォーマンスは低下するであろう。従って、システムパフォーマンスおよびコスト管理を均衡させるために、通常、犠牲を払わなければならない。
従って、上記の問題のうちの少なくとも幾つかに対処しようとするストレージアーキテクチャを提供する必要がある。
本発明の1つの側面によれば、アクティブストレージユニットが提供され、このアクティブストレージユニットは、
プロセッサ、プロセッサに通信可能に結合された少なくとも1つの内部メモリモジュール、およびアクティブストレージユニットをプログラムするためにプロセッサに通信可能に結合された再構成可能な論理回路を含むアクティブ制御ボード、ならびに
アクティブ制御ボードに通信可能に結合された複数のストレージデバイス、
を含む。
プロセッサ、プロセッサに通信可能に結合された少なくとも1つの内部メモリモジュール、およびアクティブストレージユニットをプログラムするためにプロセッサに通信可能に結合された再構成可能な論理回路を含むアクティブ制御ボード、ならびに
アクティブ制御ボードに通信可能に結合された複数のストレージデバイス、
を含む。
アクティブ制御ボードは、さらに、プロセッサに通信可能に結合されてストレージデバイスに格納されたデータのためにキャッシュを提供するように構成された不揮発性メモリモジュールを含むことができる。
プロセッサは、停電の場合に不揮発性メモリモジュールに揮発性データを書き込むように構成され得る。
アクティブストレージユニットは、さらに、停電の場合にアクティブストレージユニットに非常用電力を提供するように構成された予備電源を含むことができる。
不揮発性メモリモジュールはソリッドステートドライブを含むことができる。
アクティブ制御ボードは、オブジェクトおよびファイル転送プロトコルを解釈してストレージデバイスへのまたはストレージデバイスからの現実のデータ転送を実行させるように構成され得る。
アクティブ制御ボードは、分散型ファイルシステムソフトウェアを動作させるように構成されたオペレーティングシステムを含むことができる。
ストレージデバイスは、ハードディスクドライブ(HDD)、ハイブリッドHDD(hybrid HDD)、ソリッドステートドライブ(SSD:solid state drive)およびハイブリッドSSD(hybrid SSD)から成る群のうちの少なくとも1つを含むことができる。
アクティブ制御ボードは、さらに、自身に接続されている少なくとも1つの不揮発性ランダムアクセスメモリ(NVRAM:non−volatile random access memory)モジュールを制御するように構成されたNVRAMコントローラを含むことができる。
アクティブ制御ボードは、さらに、プロセッサに通信可能に結合されたインターインテグレーテッドサーキット(I2C:inter−integrated circuit)を含むことができる。
本発明の別の側面によれば、アクティブストレージアレイが提供され、アクティブストレージアレイは、
1つ以上のアクティブストレージユニットであって、
プロセッサ、プロセッサに通信可能に結合された少なくとも1つの内部メモリモジュール、およびアクティブストレージユニットをプログラムするためにプロセッサに通信可能に結合された再構成可能な論理回路を含むアクティブ制御ボード、および
アクティブ制御ボードに通信可能に結合された複数のストレージデバイス、
をそれぞれ含む1つ以上のアクティブストレージユニット、ならびに
1つ以上のアクティブストレージユニットおよび外部デバイスの間にインターフェース接続し、これにより外部デバイスおよび1つ以上のアクティブストレージユニットの間で直接にデータ操作を可能にする1つ以上のスイッチ制御ボード、
を含む。
1つ以上のアクティブストレージユニットであって、
プロセッサ、プロセッサに通信可能に結合された少なくとも1つの内部メモリモジュール、およびアクティブストレージユニットをプログラムするためにプロセッサに通信可能に結合された再構成可能な論理回路を含むアクティブ制御ボード、および
アクティブ制御ボードに通信可能に結合された複数のストレージデバイス、
をそれぞれ含む1つ以上のアクティブストレージユニット、ならびに
1つ以上のアクティブストレージユニットおよび外部デバイスの間にインターフェース接続し、これにより外部デバイスおよび1つ以上のアクティブストレージユニットの間で直接にデータ操作を可能にする1つ以上のスイッチ制御ボード、
を含む。
アクティブストレージアレイは、さらに、1つ以上のアクティブストレージユニットおよび1つ以上のスイッチ制御ボードを受け入れるように構成されたバックプレーンボードを含むことができ、1つ以上のアクティブストレージユニットおよび1つ以上のスイッチ制御ボードはバックプレーンボードに活線挿抜可能である。
アクティブストレージアレイは複数のスイッチ制御ボードを含むことができ、その各々は、それぞれの1つ以上のアクティブストレージユニットおよび外部デバイスの間にインターフェース接続し、スイッチコントローラモジュールに通信可能に結合されたネットワークスイッチを含む。
複数のスイッチ制御ボードは、分散型アクティブストレージアレイを形成するべく、ネットワークスイッチを介して相互に協働するように構成され得る。
1つ以上のスイッチ制御ボードは、各々、ネットワークスイッチに通信可能に結合され、1つ以上のアクティブ制御ボードの各々に配置された電力スイッチを介して1つ以上のアクティブ制御ボードを段階的にパワーオンするように構成されたシャーシ管理プロセッサを含むことができる。
単なる例として、図面と関連して、次の記述から本発明の実施形態がより良く理解されるとともに当業者にとっては明白であろう。
例示的実施形態は、分散型ファイルシステム(DFS:distributed file system)を有するオペレーティングシステム(OS:operating system)、ならびに、取り付けられているストレージデバイスおよび他の同様のインテリジェントストレージシステムを有する分散型ストレージシステムを自己構成する他のシステムおよびアプリケーションソフトウェアを動作させる処理およびメモリリソースを備えたインテリジェントストレージアレイエンクロージャ(ISAE:intelligent storage array enclosure)システムを提供する。
ストレージアレイエンクロージャ内のハードウェア制御ボードの各々にDFSソフトウェアを動作させるOSを組み込むことにより、該例示的実施形態におけるストレージアレイエンクロージャシステムは、接続されたストレージデバイス(ハードディスクドライブ(HDD)またはソリッドステートドライブ(SSD)、ならびに、ネットワークスイッチを通して到達し得る他の同様のインテリジェントストレージアレイエンクロージャシステムを有する分散型ストレージクラスタを自己構成することができる。アプリケーションおよびサーバは、ストレージサーバを必要とすることなくネットワークスイッチを介してISAEに接続されたストレージデバイスへのデータ転送を直接実行することができる。
図2は、例示的実施形態による分散型アクティブストレージアーキテクチャを図示するブロック図を示す。図2を参照すると、該例示的実施形態において各アクティブストレージアレイ(インテリジェントストレージアレイエンクロージャ(ISAE)とも称される)206、207、208、209は複数のアクティブストレージユニット(ASU:Active Storage Unit)216、217、218、219および1つ以上のスイッチ制御ボード(SCB:Switch Controller Board)210、211、212、213を含む。SCB210、211、212、213は、内部の全てのASU216、217、218、219を互いに接続し、それぞれのISAEの中のストレージデバイス230にアクセスする外部クライアント201、202またはメタデータサーバ203、204のためにコネクションを提供する。これはイーサネット(登録商標)スイッチ205により実行することができ、これを通してメタデータサーバ203、204とのコネクション220、221、クライアント201、204、224とのコネクション222、223ならびにISAE206、207、208および209とのコネクション240〜244、245〜249、251〜255および256〜260をもたらすことができる。SCB210、211、212、213は、コネクション261を経由してASU214、216、217、218、219に通信可能に結合される。ストレージデバイス230は、ハードディスクドライブ(HDD)、ハイブリッドハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ(SSD)、ハイブリッドソリッドステートドライブ、または、大記憶容量を有する任意の形の記憶媒体であり得る。各ASU214は、アクティブ制御ボード(ACB:Active Controller Board)215および複数のストレージデバイス230を含む。中央処理装置(CPU:central processing unit)および不揮発性メモリの急速な進歩に伴って、このような制御ボードは好都合に実装し得る。該制御ボードは、コスト効率性およびエネルギー効率性を目的としてストレージおよびデータ処理機能を得るべく構成される。一実施形態では、各ACB215は、2つの10GbEインターフェースを有する6ユニットの2.5”(インチ)HDDを駆動し、各ISAEは30ユニットのASUを含む。これにより1つのISAEで合計180ユニットのHDDとなる。
このアーキテクチャでは、クライアント201、202、224は、ストレージサーバを必要とせずにインテリジェントストレージアレイエンクロージャシステム206、207、208、209へ直接データ転送を行う。インテリジェントACB215は、オブジェクトおよびファイル転送プロトコルを処理し解釈して、接続されているストレージデバイス230へのまたはストレージデバイス230からの現実のデータ転送を実行させることを含むストレージサーバに見出されるタスクの多くを実行するとともに、ストレージデバイス230を管理するための他のスマートファイルシステムおよびデータ操作機能を可能にするための計算およびメモリリソースを有する。ACB215は、ISAEの中およびスイッチネットワーク内の到達可能な他のISAEの中の他のACB215との分散型ストレージクラスタの構成およびメインテナンスを提供するDFSソフトウェアを含む。ファイルシステムおよび他のシステム機能をISAE206、207、208、209の中に配置することによるストレージサーバの除去は、より環境負荷の少ない持続可能なデータセンタを目指して設備費用、エネルギー消費、スペースおよびサーバ保守の低減を伴うストレージリソースの拡張を行うにあたってコスト効率を改善することができる。
図3aは、例示的実施形態によるアクティブストレージアレイ300を図示する論理レベルのブロック図を示す。図3bは、図3aのアクティブストレージアレイ300のハードウェアレベルのブロック図例を示す。
アクティブストレージアレイ300は、少なくとも1つの、典型的には複数の、アクティブストレージユニット(ASU)397、398、394、1つ以上のスイッチ制御ボード(SCB)301、302、複数の電源334、335、336、337、1つの予備電源395、および複数のファン340、341を含む。ASU397、398、394は活線挿抜可能であり、バックプレーンボード(BPB:Back Plane Board)314上のソケット316、317に差し込まれる。SCB301、302も活線挿抜可能で、スイッチインターフェースボード(SIB:Switch Interface Board)311のソケット312、313に差し込まれ、SIB311はBPB314上のソケット315に取り付けられる。電源334、335、336、337は、活線挿抜可能であり、それぞれのパワーパスボード(PPB:Power Path Board)330、331に差し込まれる。PPB330、331はBPB314上のソケット332、333に取り付けられる。ファン340、341、396は、活線挿抜可能であり、BPB314上のソケット338、339に差し込まれる。
ネットワークコネクタ305、306、307、308、388、389は、アクティブストレージアレイ300を外部ネットワークに接続し、コネクション342、343、344、345を介してSCB301、302に結合される。コネクタ303、304、309、310は、それぞれ、コネクション348、349、346、347を介してSCB301、302に結合される。コネクタ309、310は、RJ45または他の、内部スイッチのためにデバッグチャネルを提供する物理的イーサネットコネクションのコネクタであり得るが、RS232コネクタ303、304は管理マイクロプロセッサへのアクセスインターフェースを提供する。
各ASU397、398、394は、2グループのネットワーク信号、ASU397についての信号358/361およびASU398についての信号359/362を提供する。1グループのネットワーク信号(ASU397からの信号358、ASU398からの信号359)は、BPB314およびSIB311を介してSCB301へルーティングされ、他方のグループ(ASU397からの信号361、ASU398からの信号362)は、他方のSCB302へルーティングされる。この実装は、ネットワークルーティング経路にハードウェア冗長性を提供し、あるいはより多くのネットワークコネクションを加える。SCBの数は、例えばASUの数およびネットワークコネクションの数に応じて1から複数まで様々であるということが理解されるであろう。コネクション364は、ネットワークコネクション、例えば1GbE/2.5GbE/10GbE/40GbE/100GbE/InfiniBand/ファイバーチャネル(Fiber Channel)/QSGMII/SGMII、を介してSCB301、302を互いに接続する。
ASU397、398、394は、コネクション352、353を介して電源334、335、336、337および予備電源395から電力を受ける。SCB301、302は、コネクション350、351を介して電源334、335、336、337および予備電源395から電力を受ける。ファン340、341、396は、コネクション354、355を介して電源334、335、336、337および予備電源395から電力を受け、SCB301、302は、コネクション369、370を介してファン速度を制御する。
パワー信号バス371は、電源334からのパワー信号バス383(これはパワー良好信号を含む)および電源335からのパワー信号バス384(これはパワー良好信号を含む)、および予備電力信号バス399(これはパワー良好信号を含む)をコネクタ332を介して管理バス365、366へ通過させる。パワー信号バス372は、電源336からのパワー信号バス385(これはパワー良好信号を含む)および電源337からのパワー信号バス386(これはパワー良好信号を含む)、および予備電力信号バス399(これはパワー良好信号を含む)をコネクタ333を介して管理バス365、366へ通過させる。図3には、電源334、335、336、337およびPPB330、331の間のコネクション379、380、381、382、予備電源395およびPPB330、331の間のコネクション387、ならびにPPB330、331およびソケット332、333の間のコネクション356、357も示されている。
図3cと関連してさらに詳しく記載されるように、動作中、SCB301、302のうちの1つは、パワーをオンにするACB−ON信号を管理バス365、366およびASU管理バス367、368を介してASU397、398、394へ送出する。SCB301または302は、電源334、335、336、337からのピーク電力の要求を低減するためにASU397、398、394を段階的にオンにする。
各ASU397、398、394は、1つのアクティブ制御ボード(ACB)318、319、1つのストレージインターフェースボード(SIB)324、325および複数のストレージデバイス320、321、322、323、390、391を含む。ストレージデバイス320、321、322、323、390、391は、ハードディスクドライブ(HDD)、ハイブリッドハードディスクドライブ(Hybrid HDD)、ソリッドステートドライブ(SSD)、ハイブリッドソリッドステートドライブ(Hybrid SSD)、または大記憶容量を有する任意の形の記憶媒体であり得る。ストレージデバイス320、321、322、323、390、391の各々は、SIB324、325上のメディアコネクタ326、327、328、329、392、393に挿入される。ストレージデバイス320、321、322、323からのメディア信号373、374、375、376は、ACB318、319へルーティングされるコレクションコネクション377、378へ集成される。記載されるように、ACB、ストレージデバイスおよび集成されたコネクションはASU397、398、394に含まれる。複数のASUはSCB301、302により結合される。記憶媒体320、321、390、322、323、391は、SCB301、302上のネットワークコネクタ358、359、361、362、360、363を介してアクセスされる。ASU397、398、394、SCB301、302および電源334、335、336、337は活線挿抜可能である。BPB314、PPB330、331およびSIB311は、ドッキングならびに全ての信号および電源の引き回しのために使用される。単純で信頼できるストレージアーキテクチャを作るために、データ冗長化および複製がASU間でソフトウェアにより実装される。
ASU397、398、394の一実施形態は6個の2.5”HDDを含み、アクティブストレージアレイ300の一実施形態は30個のASU397、398、394を含む。これは、1つのアクティブストレージアレイについて合計で180個の2.5”HDDを提供する。当業者に理解されるように、1ASU当たりのHDDの数および1ストレージアレイ当たりのASUの数は、変化し得る。
図3aおよび3cと関連して、アクティブストレージアレイ300の診断動作例を記載する。該例示的実施形態におけるアクティブストレージアレイ300は、アクティブストレージユニットを段階的にパワーオンするように構成される。例えば、パワーアップ動作中、初めに、SCBのCPUモジュールは、接続されているASUからのACB−IN信号を検査する。次に、SCBのCPUモジュールは、有効なACB−IN信号を有するASUの1つのグループに、このグループのASUをパワーオンするためにACB_ON信号を送出し、このグループのAUSへの電源が良好であるかどうか検査する。その結果が否定的であれば、この検査が反復される。結果が肯定的であれば、CPUモジュールは、次に、AUSの次のグループがあるかどうか検査する。ASUの別のグループがあれば、CPUモジュールは、パワーオンしてそのグループのASUのための電源を検査するステップを反復する。有効なACB−IN信号を有するASUのグループがもはや無ければ、CPUモジュールは、全てのASUがパワーアップされていると報告する。
別の自己診断動作において、例えば、アクティブストレージアレイの正常稼働中、SCBのCPUモジュールは、接続されているASUからのACB−IN信号を重ねて検査する。非活性化されているACB−IN信号があれば、CPUモジュールは、その信号を供給しているASUが取り外されていることを報告する。非活性化されているACB−IN信号が無いか、または報告に成功したならば、CPUモジュールは、例えばスケジュールされている間隔を置いて、監視を続ける。一方、もし報告が失敗したならば、CPUモジュールは、エラーをユーザに知らせるためにエラーLEDをオンにする。
図4aは、例示的実施形態によるアクティブストレージユニット(ASU)400の論理レベルのブロック図を示す。図4bは、図4aのアクティブストレージユニット400のハードウェアレベルのブロック図例を示す。
ASUは、複数のストレージドライブに通信可能に結合されたアクティブ制御ボード(ACB)を含む。図4bに示されているように、該例示的実施形態におけるACBは、少なくとも1つのメモリコントローラ403、404、456を伴う1つ以上のプロセッサコア401、402、455を有する。メモリコントローラ403、404、456は、コネクション429、430を介して自身に接続された作業メモリモジュール405、406を有する。ACBは、コネクション433、434、435、436を介してのネットワークバス431、432とのネットワークコネクションのための複数のネットワークモジュール407、408、454、例えば1GbE/2.5GbE/10GbE/40GbE/100GbE/InfiniBand/Fiber/QSGMII/SGMIIチャネル、をも含み、ストレージインターフェースコントローラ410はコネクションファブリック409およびストレージコントローラ411、412、457の間のコネクション439を介してのインターフェースを提供する。ストレージコントローラ411、412、457は、3.5”HDD、2.5”HDDおよびSSDなどのストレージデバイス413、414を管理する。例えば、ストレージデバイス413、414は、コネクション440、441を介してストレージインターフェースコントローラ410に接続されるストレージコントローラ411、412、457にコネクション442、443を介して接続される。
ACBは、コネクション453を介してのSSD422へのSATA/PCI−E、NVMeインターフェースなどのインターフェース419をさらに含む。ACBは、コネクション451、452を介してSLC/MLC/STT−MRAM、RRAM(登録商標)などの不揮発性メモリ(NVM:non−volatile memory)420、421、458に接続されたNVMコントローラモジュール418をも含む。再構成可能な論理回路417は、オンフィールドおよびオンタイムのプログラマブルなオフローディングを提供し、カスタマイズされた使用法をサポートする。処理エンジンおよび他のメモリリソースを有するACBは、DFSおよび他のソフトウェアを動作させるためのOSおよびシステムスタックを具備している。ソフトウェアは、全体として、インテリジェントデータストレージおよびコンピューティングサービスを提供し、オンボードの、またはそれのネットワークインターフェースを通して接続されている、ローカルストレージおよび他のハードウェアリソースを管理する。
プロセッサコア401、402、455は、専用のチャネル425、426、427、428を介してメモリコントローラに接続される。ネットワークモジュール407、408、454、ストレージインターフェースコントローラ410、ダイレクトメモリアクセス(DMA:direct memory access)モジュール499、SSDインターフェース419、NVMコントローラ418、再構成論理回路417、ASIC416およびGPIOコントローラ415は、コネクションファブリック409経由でのメモリコントローラ403、404、456へのダイレクトチャネル437、438、439、479、450、449、448、447、446を有する。メモリコントローラ403、404、456は、STT−MRAM、MRAMまたはRRAMのような低遅延NVRAMをサポートすることができる。NVRAMコントローラ418は、RRAMまたはSLC/MLCフラッシュをサポートすることができる。SSDインターフェース419は、SSDを接続する。NVMは、ストレージデバイス413、414のためにハイブリッドおよび不揮発性キャッシュを提供する。
該例示的実施形態において、揮発性メモリの場合、電源異常は、揮発性メモリ内の重要なデータをデータ保護のためにNVM420、421、458またはSSD422またはストレージドライブ413、414に書き戻すようにACBをトリガする。さらに、ACBは、SCB(図3a、3b)のCPUモジュールが電源からのピーク電流要求を低減するためにアクティブストレージアレイの複数のASUを段階的にオンにすることを可能にする電力スイッチ回路423を含む。ACBは、ACB−INの信号をローレベルにすることによって、自身が入っていることをシャーシマネージャに知らせる。SCBのCPUモジュールは、電力スイッチ423に対してACB−ON461およびパワーOK信号464をアサートし、電力スイッチ423はコネクション471およびコネクション470だけを接続させる。コネクション470は、コネクタ480を介して電源のパワー出力に接続される。管理バス460は、コネクタ480へのコネクションを管理する。電源は、電力回路424およびコネクション472、273を介してストレージコントローラ411、412、457に提供される。
CPUモジュールがパワーOK信号464をディアサートすると、電力スイッチ423は、コネクション471を、予備電源からの電源であるコネクション475だけに接続する。パワーOK信号464が非活性化されると、プロセッサコア401、402、455上で動作しているソフトウェアは、重要なデータをNVM420、421、458またはSSD422にバックアップするようにトリガされる。ACBは、0Vの電圧のGND444に接続されているACB−IN信号462をローレベルにすることによって、自身が差し込まれたことを管理マイクロプロセッサ503(図5)に知らせる。インターインテグレーテッドサーキット(I2C)コントローラ474は、コネクション476を介してプロセッサコア401、402、455に接続され、情報を交換するためにプロセッサコア401、402、455とSCBのCPUモジュール503(図5)との間に通信可能に結合されマスターモードおよびスレーブモードの両方として働く。
図4cは、図4aのアクティブストレージユニット400のプラグアンドプレイ能力を図示するフローチャートを示す。一実装例において、パワー信号が良好ならば、次のステップはハードウェアエラーがあるかどうか検査することである。ハードウェアエラーが無ければ、アクティブストレージユニット400のハードウェア情報が収集されて、アクティブストレージユニットはハードウェアデータと共にアクティブ管理ノードに登録される。この登録が失敗すれば、アクティブストレージユニット400は再び登録を試みるが、所定数N回の試みの後にもし登録が依然として成功していなければ、エラーLEDがオンにされる。同様に、パワー信号が良好でないか、あるいはハードウェアエラーがあれば、LEDがオンにされる。
図4dは、図4aのアクティブストレージユニット400におけるデータ転送プロセス例を図示するフローチャートを示す。初めに、データが読まれ、次にマッピングテーブルが検査される。次に、アクティブストレージユニット400は、データがキャッシュ(例えば、NVMまたはSSD)内に存在するか検査する。データがキャッシュ内にあるならば、そのデータは、イーサネットコネクションを介して送り出される前に読みだされてメモリへ移される。一方、もしデータがキャッシュ内に存在しなければ、データは、イーサネットコネクションを介して送り出される前にストレージデバイス(例えばHDD)から読みだされてメモリへ移される。
図5は、例示的実施形態によるスイッチ制御ボード(SCB)500のハードウェアレベルのブロック図を示す。SCB500は、ネットワークスイッチ501に通信可能に結合されたCPUまたはマイクロコントローラユニット503およびネットワークスイッチ501に通信可能に結合されたスイッチコントローラモジュール502を含む。SCBネットワークスイッチ501は、内部ポート531、532、543、他のスイッチポート533および外部ポート506、507、544のデータスループットを均衡させるように構成される。スイッチコントローラモジュール502はネットワークスイッチ501を管理し、マイクロコントローラユニット503はパワーオンのシーケンス、ファン速度および他のシャーシ管理動作を管理する。各SCB500は、複数のACBをサポートするとともに外部コネクションのための数個のイーサネットポート506、507、544を提供するように構成される。SCB500は、データが外部ネットワークを通らずにACB/ドライブ間で移動させられることを可能にし、これによりネットワーク輻輳を低減するととともにネットワークスループットを改善する。1つの可能な構成では、SCB500は、それぞれ10ギガビットイーサネット(GbE:Gigabit Ethernet)を用いて30個のACBに接続することができ、外部コネクションとして4×40GbEポートを有する。1つのアクティブストレージアレイにおいて2つ以上のSCBを用いることにより、冗長性が提供されるのでアクティブストレージアレイの信頼性を高めることができる。
シャーシ管理マイクロプロセッサ(すなわち、マイクロコントローラユニット503)はジャンパーを介してマスターまたはスレーブにセットされ、ファームウェアはイーサネットインターフェース520を介してアップグレード可能である。マイクロコントローラユニット503で動作するシャーシマネージャソフトウェアは、ACB_ONを順次アサートすることによって各ACBをバッチ式に(すなわち段階的に)オンにすることができる。SCB間のイーサネットリンクは、SCB間のスループットを増やすためにトランキングしまたは集めて単一の論理リンクとすることができる。追加のSCBは、より多くのACBおよびより多くの外部ネットワークポートコネクションを提供することができる。あるいは、複数のSCBを統合して、オンボードの複数のイーサネットスイッチコントローラを有する単一のSCBとすることもできる。マイクロコントローラユニット503は、コネクタ505、コネクション516、ラインドライブ508およびコネクション515を介してプログラムすることができる。マイクロコントローラユニット503には、Vcc511、GND510、スイッチ504、およびコネクション512、513、514も接続されている。
コネクション531、532、543はネットワークコネクション、例えばコネクタ536およびBPBを介してACBに接続される1GbE/2.5GbE/10GbE/40GbE/100GbE/infiniBand/Fiber/QSGMII/SGMIIチャネル、である。コネクション533は、ネットワークコネクションを介して2つのSCBを互いに接続する。電力回路509は、電源334、335、336、337(図3b)からコネクション534およびコネクタ536を介して電源を得る。コネクション522、523、540は、コネクタ536、SIB311(図3b)およびBPB314(図3b)を介してのACBのACB−INからの入力である。コネクション524、525、541は、各ACBをオンまたはオフにするMCUまたはCPUモジュール503の出力のACB−ON信号である。コネクション526、527、542は、FAN、LED、ボタン、電源を制御する複数のGPIOおよびI2Cバスを含む。コネクション528およびコネクション529は、電源334、335、336、337(図3b)からのパワー良好信号入力である。
図6は、例示的実施形態によるバックプレーンボード(BPB)600のハードウェアレベルのブロック図を示す。BPB600は、コネクタ604、605、606、607、610、611、612、613を介してACBの、コネクタ603を介してSCBの、およびコネクタ601および602を介して電源の、活線挿抜をサポートする。BPB600は、コネクタ604、605、606、607、610、611、612、613を介してACBに、コネクタ603を介してSCBに、ならびにコネクタ608および609を介してファンに、電力を供給する。BPB600は、さらに、ACBのコネクタ間の信号トレースをSCBのコネクタへルーティングする。電力は列を成すACBに送られ、マイクロコントローラ503(図5)はアクティブストレージアレイのパワーアップ時に各列への電力を順にイネーブルするために使用される。
図7は、例示的実施形態によるパワーパスボード(PPB)700のハードウェアレベルのブロック図を示す。PPB700は、コネクタ701からのAC/DC電力710およびコネクタ702からのAC/DC電力712をコネクタ704にマージする。コネクタ703からの予備電力714もコネクタ704へ回される。電源のコネクタ701からのパワー信号バス711およびAC/DC電源のコネクタ702からのパワー信号バス713はコネクタ704に直接接続される。コネクタ703からの予備電力信号バス715もコネクタ704へ回される。コネクタ704はBPB600(図6)に差し込まれる。
図8は、別の例示的実施形態によるアクティブストレージユニット(ASU)800のハードウェアレベルのブロック図を示す。この実施形態では、ACB890は、市販のシステムオンチップ(SOC:System on Chip)893およびデュアルポート10GbEネットワークモジュール807を含む。SOC893は、2〜8個のプロセッサ801、802および855を含み、1〜2個のメモリコントローラ803、804を有する。SoCの組み合わせは、1メモリコントローラを伴う2プロセッサコア、1メモリコントローラを伴う2組の2プロセッサコア、1メモリコントローラを伴う2組の4プロセッサを含む。メモリコントローラ803、804は、最大1600MT/秒のDDR3メモリバス829、830を介してDDR3 DRAM805、806を接続する。SoC893は、SSDインターフェース(I/F)819として機能する、SSD822に接続されている2つのSATA3.0インターフェースをも含む。SoC893は、BIOSまたはubootもしくはブートアップ用ソフトウェアを格納するためにSPIインターフェース851を介してNVMRAM820を接続するNVMRAMコントローラ818として機能するSPIコントローラをさらに含む。種々のコンポーネント間の通信を容易にするためにコネクションファブリック809が設けられる。
SAS/SATA PCI−Eコントローラ810は、PCI−Eバス839を介してSoC893に接続される。コントローラ810は、ストレージコントローラ811、812および記憶媒体813、814、両者はコネクション842、843によって連結される、を含むSAS/SATA HDD891、892、857を最大16個駆動することができる。
ネットワークモジュール807は、PCI−Eバス837を介してSoC893に接続される。ネットワークモジュール807は、2つのイーサネットポートを含み、1GbE/2.5GbE/10GbE/QSGMII/SGMIIおよび802.3ap KX/KX4/KR仕様をサポートする。一方のポート信号833はコネクション831を介してSCB301(図3)に接続され、他方のポート信号834はコネクション832を介してSCB302(図3)に接続される。
動作中、シャーシ管理マイクロプロセッサ503(図5)からのパワーOK信号864が非活性化されると、パワーOK信号の非活性化は、重要なデータをSSD822のような不揮発性メモリに保存するとともに不要な動作を停止し、さらに最低パワーモードに移行してシャットダウンに備えるようにHDD891、892に知らせる準備をさせるべくプロセッサコア801、802をインターラプトするように最高優先順位のGPIOコントローラ815を介してSoC893をトリガしようとする。パワーOK信号864の非活性化の期間中、予備電源875は、電力スイッチ823およびパワーOK信号864の動作を通じて、AC/DC電源870に取って代わって短時間の間電力870を電力回路824を介してASU800に供給するように構成される。電力回路824は、1つの12Vサプライ872および5Vサプライ873をHDD891、892に供給する。
ACB890は、電源からのピーク電流の要求を低減するために管理マイクロプロセッサ503(図5)からのACB−ON信号861が複数のACBを段階的にオンにすることを可能にする電力スイッチ823をも含む。ACBは、自身が差し込まれていることを管理マイクロプロセッサ503に、0Vの電圧を有するGND844に接続されているACB−INの信号862をローレベルにすることによって、知らせる。
管理バス860は、ACB−ON信号861、パワーOK信号864、ACB−IN信号862およびI2Cバス877を含む。それは管理マイクロプロセッサ503(図5)に接続される。インターインテグレーテッドサーキット(I2C)コントローラ874は、コネクション876を介してプロセッサコア801、802、855に接続され、情報を交換するためにプロセッサコア801、802および855とSCBのCPUモジュール503(図5)との間に通信可能に結合するようにマスターモードおよびスレーブモードの両方として働く。
図9は、別の例示的実施形態によるアクティブストレージユニット(ASU)900のハードウェアレベルのブロック図を示す。この実施形態では、ASU900は、オフシェルフのSoC993および4×2.5GBASEイーサネットを有するACB990を含む。この構成は、外部ネットワークチップを除去することによってコストおよび電力を節約することができるけれども、BPBを介してのSCBへの接続のためにより多くのイーサネットポートを必要とする。
SoC993は、2〜8個のプロセッサ925、926を含み、1〜2個のメモリコントローラ903、904を有する。SoCの組み合わせは、1メモリコントローラを伴う2プロセッサコア、1メモリコントローラを伴う2組の2プロセッサコア、1メモリコントローラを伴う2組の4プロセッサを含む。メモリコントローラ903、904は、最大1600MT/秒のDDR3メモリバス929、930を介してDDR3 DRAM905、906を接続する。SoC993は、SSD I/F919として機能してSSD922に接続される2つのSATA3.0インターフェースを含む。SoC993は、BIOSまたはubootまたはブートアップソフトウェアを格納するようにSPIインターフェース951を介してNVMRAM920を接続するNVMRAMコントローラ918として機能するSPIコントローラをも含む。
SAS/SATA PCI−Eコントローラ910は、PCI−Eバス939を介してSoC993に接続され、ストレージコントローラ911、912および記憶媒体913、914を含む最大16個のSAS/SATA HDD991、992を駆動するように構成され、両者はコネクション942、943により連結される。
4ポートの2.5GbEネットワークモジュール994はSoC993の中に配置されている。2つのポート信号933、934はコネクション931を介してSCB301(図3)に接続され、他の2つのポート信号993、998はコネクション932を介してSCB302(図3)に接続される。
管理マイクロプロセッサ503(図5)からのパワーOK信号964が非活性化されると、この非活性化は、重要なデータをSSD922のような不揮発性メモリに保存するとともに不要な動作を停止し、さらに最低パワーモードに移行してシャットダウンに備えるようにHDD991、992に知らせる準備をさせるべくプロセッサコアをインターラプトするように最高優先順位のGPIOコントローラ915を介してSoC993をトリガしようとする。パワーOK信号964の非活性化の期間中、予備電源コネクション975は、AC/DC電源コネクション970に取って代わって短時間の間電力コネクション970を電力回路924を介してASU900に供給するように構成される。電力回路924は、1つの12Vサプライ972および1つの5V973サプライをHDD991、992に供給する。
ACB990は、電源からのピーク電流の要求を低減するために管理マイクロプロセッサ503からのACB−ON信号961が複数のACBを段階的にオンにすることを可能にする電力スイッチ923を含む。例えば、ACBは、管理マイクロプロセッサ503に、自身が差し込まれていることを、0Vの電圧を有するGND944に接続されているACB−IN信号962をローレベルにすることによって、知らせることができる。
管理バス960は、ACB−ON信号961、パワーOK信号964、ACB−IN信号962およびI2Cバス977を含む。それは管理マイクロプロセッサ503に接続される。I2Cコントローラ974は、コネクション976を介してプロセッサコア901、902に接続され、情報を交換するためにプロセッサコア901、902とSCBのCPU503(図5)モジュールとの間に通信可能に結合するようにマスターモードおよびスレーブモードの両方として働く。
図10は、別の例示的実施形態によるアクティブストレージユニット(ASU)1000のハードウェアレベルのブロック図を示す。この実施形態では、ASU1000は、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA:field−programmable gate array)チップ1093の形のACB1090を含む。FPGA1093は、2つのARMコア1001、1002、および、DDR3 DRAM1005に接続されている1つのメモリコントローラ1003を含む。FPGA1093は、1GbE/2.5GbE/10GbE/40GbE/100GbE/InfiniBand/Fiber/QSGMII/SGMIIまたはその他の2つのポートとして構成され得る2ポートのネットワークモジュール1094をも含む。FPGAは、ストレージデバイス1091、1092がSATA HDD/SSDならば複数のSATAコントローラとして、またはストレージデバイス1091、1092、1057がSAS HDDならばSASコントローラとして、またはストレージデバイス1091、1092がNVMeストレージデバイスならばNVMeコントローラとして構成され得るプログラマブルなストレージインターフェースコントローラ1010をさらに含む。他の構成が可能である。さらに、FPGA1093は、コネクション1053を介してSSD1022に接続されるSATAコントローラ、NVMeコントローラもしくはPCI−Eまたはその他として構成され得る1つのSSD I/F1019を含む。複数のIO1051を介してSLCフラッシュ/MLCフラッシュ/STT−MRAM/MRAM/RRAM/その他の不揮発性メモリチップ1020、1021、1058をサポートするNVRAMコントローラ1018も統合されている。再構成可能な論理回路1017は、オンフィールドおよびオンタイムのプログラマブルなオフローディングを提供し、カスタマイズされた使用法をサポートする。
ここで、ネットワークモジュール1094はダイレクトチャネル1037を介してメモリコントローラ1003に接続され、ストレージインターフェースコントローラ1010はダイレクトチャネル1039を介してメモリコントローラ1003に接続され、再構成可能な論理回路1017はダイレクトチャネル1048を介してメモリコントローラ1003に接続され、NVRAMコントローラ1018はダイレクトチャネル1049を介してメモリコントローラ1003に接続され、SSD I/F1019はダイレクトチャネル1050を介してメモリコントローラ1003に接続される。DMA1099は、コネクションファブリック1109を管理しスイッチングすることによってメモリコントローラ1003、ネットワークモジュール1094、ストレージインターフェースコントローラ1010、再構成可能な論理回路1017、NVRAMコントローラ1018およびSSD I/F1019の間のデータ移動を制御する。
ネットワークモジュール1094は、2つのポートを含み、1GbE/2.5GbE/10GbE/40GbE/100GbE/InfiniBand/Fiber/QSGMII/SGMIIおよび802.3ap KX/KX4/KR仕様をサポートする。1つのポート信号1033はコネクション1031を介してSCB301(図3)に接続され、他方のポート信号1034はコネクション1032を介してSCB302(図3)に接続される。
管理マイクロプロセッサ503(図5)からのパワーOK信号1064が非活性化されると、その非活性化は、重要なデータをSSD1022またはNVRAM1020、1021、1058のような不揮発性メモリに保存するとともに不要な動作を停止し、さらに最低パワーモードに移行してシャットダウンに備えるようにストレージデバイス1091、1092、1057に知らせるべくプロセッサコア1001、1002をインターラプトするように最高優先順位のGPIOコントローラ1015を介してFPGA1093をトリガする。パワーOK信号1064の非活性化の期間中、予備電源コネクション1075は、AC/DC電源コネクション1070に取って代わって短時間の間電力コネクション1070を電力回路1024を介してASU1000に供給するように構成される。電力回路1024は、2つの異なる電源1072、1073をストレージデバイス1091、1092に供給するように構成される。
ACB1090は、電源のためにピーク電流の要求を低減するために管理マイクロプロセッサ503からのACB−ON1061信号が複数のACB1090を段階的にオンにすることを可能にする電力スイッチ1023を用いて画定される。例えば、ACB1090は、管理マイクロプロセッサ503に、自身が差し込まれていることを、0Vの電圧を有するGND1044に接続されているACB−IN信号1062をローレベルにすることによって、知らせる。管理バス1060は、ACB−ON信号1061、パワーOK信号1064、ACB−IN1062およびI2Cバス1077を含み、管理マイクロプロセッサ503に接続される。I2Cコントローラ1074は、コネクション1076を介してプロセッサコア1001、1002に接続され、情報を交換するためにプロセッサコア1001〜1002とSCBのCPUモジュール503(図5)との間に通信可能に結合するようにマスターモードおよびスレーブモードの両方として働く。
図11は、別の例示的実施形態によるアクティブストレージユニット(ASU)1100のハードウェアレベルのブロック図を示す。この実施形態では、ASU1100はカスタマイズされたSoC1193を有するACBを含む。SoC1193は、2つ以上の64ビットARMプロセッサコア1155もしくは他の低電力64ビットプロセッサコア1101、1102、2つ以上のメモリコントローラ1103、1104、1156、1つ以上のネットワークモジュール1107、1108、1154、1つのストレージインターフェースコントローラ1110、NVMコントローラ1118、SSD I/F1119、ASIC I/F1183および再構成可能な論理回路1117を含む。
各プロセッサコア1101、1102、1155は、100nsより短い待ち時間を有するダイレクトチャネル1125、1126を介してメモリコントローラ1103、1104、1156に接続される。各メモリコントローラ1103または1104または1156は、2バンクのメモリ1105および1182、1106および1181にも接続される。1バンクのメモリ1182または1181は、コネクション1183、1184を介してメモリコントローラ1103または1104に接続され、SoC1193内に埋め込まれる。他方のバンクのメモリ1105、1106は、任意であり、ACB1190に搭載される。メモリコントローラ1103、1104、1156はDRR3 DRAM/DDR4 DRAM/STT−MRAM/RRAM/SRAM/MRAMをサポートすることができる。
各ネットワークモジュール1107、1108、1154は、2つのポート1133および1134、1135および1136を含み、1GbE/2.5GbE/10GbE/40GbE/100GbE/InfiniBand/Fiber/QSGMII/SGMIIおよび802.3ap KX/KX4/KR仕様をサポートする。1つのポートの信号1133、1136はコネクション1131を介してSCB301(図3)に接続され、他方のポートの信号1134、1135はコネクション1132を介してSCB302(図3)に接続される。ネットワークモジュール1107、1108、1154は、ダイレクトチャネル1137、1138を介してメモリコントローラ1103、1104、1156に接続される。ストレージインターフェースコントローラ1110は、ダイレクトチャネル1139を介してメモリコントローラ1103、1104および1156に接続され、さらに、全てのフォームファクタを有するSAS HDD、全てのフォームファクタを有するSATA HDD、SATA、SAS、NVMe、PCI−Eのインターフェースおよび全てのフォームファクタを有するSSDであり得る複数のタイプのストレージデバイス1191、1192および1157にさらに接続される。
SSD I/F1119は、ダイレクトチャネル1150を介してメモリコントローラ1103、1104および1156に接続され、さらに、SATA、SAS、NVMe、PCI−Eのインターフェースおよび全てのフォームファクタを有する複数のタイプのSSD1122に接続される。NVRAMコントローラ1118は、ダイレクトチャネル1149を介してメモリコントローラ1103、1104および1156に接続され、さらに、SLCフラッシュ/MLCフラッシュ/RRAMであり得るNVRAM1120、1121および1158に接続される。ASIC I/F1116は、ダイレクトチャネル1147を介してメモリコントローラ1103、1104および1156に接続され、さらに、PCI−E、Rocket IO、ハイパートランスポートおよびその他であり得るコネクション1184を介してオフザシェルフからのチップセットあるいは特別あつらえの集積回路であるASIC1116に接続される。
さらに、再構成可能な論理回路1117は、ダイレクトチャネル1148を介してメモリコントローラ1103、1104および1156に接続される。該論理回路は、プロセッサコア1101、1102および1155上で動作するソフトウェアによりコネクションファブリック1109を介してプログラムされ得る。ユーザは、オンザフライに種々の特徴をサポートする再構成可能な論理回路1117の機能を加え変更することができる。
DMA1199は、コネクション1179を介してコネクションファブリック1109を管理しスイッチングすることにより、メモリコントローラ1103、1104および1156、ネットワークモジュール1107、1108および1154、ストレージインターフェースコントローラ1110、再構成可能な論理回路1117、NVRAMコントローラ1118ならびにSSD I/F1119の間のデータ移動を制御する。
ASU1100の動作中、管理マイクロプロセッサ503(図5)からのパワーOK信号1164が非活性化されると、その非活性化は、重要なデータをSSD1122またはNVRAM1120、1121および1158のような不揮発性メモリに保存するとともに不要な動作を停止し、さらに最低パワーモードに移行してシャットダウンに備えるようにストレージデバイス1191、1192に知らせるべくプロセッサコア1101、1102および1155をインターラプトするように最高優先順位のGPIOコントローラ1115を介してSoC1193をトリガする。パワーOK信号1164の非活性化の期間中、予備電源コネクション1175は、AC/DC電源コネクション1170に取って代わって短時間の間電力コネクション1170を電力回路1124を介してASU1100に供給するように構成される。電力回路1124は、2つの異なる電源1172、1173をストレージデバイス1191、1192に供給する。
ACB1190は、電源からのピーク電流の要求を低減するために管理マイクロプロセッサ503からのACB−ON信号1161がASU1100を段階的にオンにすることを可能にする電力スイッチ1123を含む。例えば、ACB1190は、管理マイクロプロセッサ503に、自身が差し込まれていることを、0Vの電圧を有するGND1144に接続されているACB−IN信号1162をローレベルにすることによって、知らせる。
管理バス1160は、ACB−ON信号1161、パワーOK信号1164、ACB−IN A信号1162およびI2Cバス1177を含み、管理マイクロプロセッサ503(図5)に接続される。I2Cコントローラ1174は、コネクション1176を介してプロセッサコア1101、1102、1155に接続され、情報を交換するためにプロセッサコア1101〜1102、1155とSCBのCPUモジュール503(図5)との間に通信可能に結合するようにマスターモードおよびスレーブモードの両方として働く。
図12は、更に別の例示的実施形態によるアクティブストレージユニット(ASU)1200のハードウェアレベルのブロック図を示す。この実施形態では、ASU1200は、記憶媒体上のACB1290を含む。SoC1293およびストレージコントローラ1211の両方がACB1290に搭載されている。
SoC1293は、2つ以上の複数の64ビットARMプロセッサコア1255または他の低パワー64ビットプロセッサコア1201、1202、2つ以上のメモリコントローラ1203、1204、1256、1つ以上のネットワークモジュール1207、1208、1254、1つのストレージインターフェースコントローラ1210、NVMコントローラ1218、SSD I/F1219、ASIC I/F1283および再構成可能な論理回路1217を含む。
各プロセッサコア1201または1202または1255は、100nsより短い待ち時間を有するダイレクトチャネル1225、1226を介してメモリコントローラ1203、1204またはその他の1256に接続される。
各メモリコントローラ1203または1204または1256は、2バンクのメモリ1205および1282、1206および1281に接続される。1バンクのメモリ1282または1281は、コネクション1283、1284を介してメモリコントローラ1203または1204に接続され、SoC1293の中に埋め込まれる。他方のバンクのメモリ1205、1206は、任意であり、ACB1290に搭載される。メモリコントローラ1203、1204、1256は、DRR3 DRAM/DDR4 DRAM/STT−MRAM/RRAM/SRAM/MRAMをサポートすることができる。
各ネットワークモジュール1207、1208または1254は、2つのポート1233および1234、1235および1236を含み、1GbE/2.5GbE/10GbE/40GbE/100GbE/InfiniBand/Fiber/QSGMII/SGMIIおよび802.3ap KX/KX4/KR仕様をサポートする。1つのポートの信号1233、1236はコネクション1231を介してSCB301(図3)に接続され、他方のポートの信号1234、1235はコネクション1232を介してSCB302(図3)に接続される。ネットワークモジュール1207、1208および1254は、ダイレクトチャネル1237、1238を介してメモリコントローラ1203、1204および1256に接続される。
ストレージインターフェースコントローラ1210は、ダイレクトチャネル1239を介してメモリコントローラ1203、1204および1256に接続され、さらに、全てのフォームファクタを有するSAS HDD、全てのフォームファクタを有するSATA HDD、SATA、SAS、NVMe、PCI−Eのインターフェースおよび全てのフォームファクタを有するSSDであり得る複数のタイプのストレージデバイス1291に接続される。
SSD I/F1219は、ダイレクトチャネル1259を介してメモリコントローラ1203、1204および1256に接続され、さらに、SATA、SAS、NVMe、PCI−Eのインターフェースおよび全てのフォームファクタを有する複数のタイプのSSD1222に接続される。NVRAMコントローラ1218は、ダイレクトチャネル1249を介してメモリコントローラ1203、1204および1256に接続され、さらに、SLCフラッシュ/MLCフラッシュ/RRAMであり得るNVRAM1220、1221および1258に接続される。
ASIC I/F1216は、ダイレクトチャネル1247を介してメモリコントローラ1203、1204および1256に接続され、さらに、PCI−E、Rocket IO、ハイパートランスポートおよびその他であり得るコネクション1284を介してオフザシェルフからのチップセットあるいはカスタマイズされた集積回路であるASIC126に接続される。
再構成可能な論理回路1217は、ダイレクトチャネル1248を介してメモリコントローラ1203、1204および1256に接続される。該論理回路は、プロセッサコア1201、1202および1255上で動作するソフトウェアによりコネクションファブリック1209を介してプログラムされ得る。ユーザは、オンザフライに種々の特徴をサポートする再構成可能な論理回路1217の機能を加え変更することができる。
DMA1299は、コネクション1279を介してコネクションファブリック1209を管理しスイッチングすることにより、メモリコントローラ1203、1204および1256、ネットワークモジュール1207、1208および1254、ストレージインターフェースコントローラ1210、再構成可能な論理回路1217、NVRAMコントローラ1218ならびにSSD I/F1219の間のデータ移動を制御する。
ASU1200の動作中、管理マイクロプロセッサ503(図5)からのパワーOK信号1264が非活性化されると、その非活性化は、重要なデータをSSD1222またはNVRAM1220、1221および1258のような不揮発性メモリに保存するとともに不要な動作を停止し、さらに最低パワーモードに移行してシャットダウンに備えるようにストレージデバイス1291に知らせるべくプロセッサコア1201、1202および1255に割り込み(インタラプト)するように最高優先順位のGPIOコントローラ1215を介してSoC1293をトリガする。パワーOK信号1264の非活性化の期間中、予備電源コネクション1275は、AC/DC電源コネクション1270に取って代わって短時間の間電力コネクション1270を電力回路1224を介してASU1200に供給するように構成される。電力回路1224は、2つの異なるパワー信号1172、1173をストレージコントローラ1211に供給することができる。
ACB1290は、電源からのピーク電流の要求を低減するために管理マイクロプロセッサ503からのACB−ON信号1261がASU1200を段階的にオンにすることを可能にする電力スイッチ1223をさらに含む。例えば、ACB1290は、管理マイクロプロセッサ503に、自身が差し込まれていることを、0Vの電圧を有するGND1244に接続されているACB−IN信号1262をローレベルにすることによって、知らせる。管理バス1260は、ACB−ON1261信号、パワーOK信号1264、およびACB−IN1262信号およびI2Cバス1277を含み、管理マイクロプロセッサ503に接続される。I2Cコントローラ1274は、コネクション1276を介してプロセッサコア1201、1202、1255に接続され、情報を交換するためにプロセッサコア1201〜1202、1255とSCBのCPUモジュール503(図5)との間に通信可能に結合されるようにマスターモードおよびスレーブモードの両方として働く。
図13は、例示的実施形態によるアクティブストレージアレイ1300の物理的レイアウトを図示するブロック図を示す。このレイアウトでは、電源1301、1302は、アクティブストレージアレイ1300の左後ろ側に置かれ、バックプレーンボード(BPB:Back Plane Board)1318上のコネクタ1309に差し込まれているパワーパスボード(PBP:Power Path Board)1305上のコネクタ1307、1308に差し込まれる。電源1303、1303は、アクティブストレージアレイ1300の右後ろ側に置かれ、BPB1318上のコネクタ1312に差し込まれているPBP1306上のコネクタ1310、1311に差し込まれる。
2つのスイッチ制御ボード1313、1314は、BPB1318上のコネクタ1317に差し込まれているスイッチインターフェースボード(SIB:Switch Interface Board)1359上のコネクタ1315、1316に水平にアクティブストレージアレイ1300に差し込まれる。アクティブコントローラユニット(ASU)1350、1319は、BPB1318上のコネクタ1341、1332、1333、1334、1335、1336、1337、1338、1339、1340に差し込まれる。各ASU1350、1319は、複数のストレージデバイス1352、1353、1354、1355、1356、1357および1つのアクティブ制御ボードACB1351を含む。ストレージデバイス1352、1353、1354、1355、1356、1357は、フレキシブルなケーブルを介してACB1351に接続されるインターフェースドーターボード(IDB:Interface Daughter Board)1358に差し込まれる。
さらに、ファン1320、1321、1322、1323、1324、1325は、BPB1318上のコネクタ1326、1327、1328、1329、1330、1331に接続される。
ASU1350、1319のこの実施形態は6個の2.5”HDDを含み、アクティブストレージアレイの実施形態の1つは30個のASUを含む。これは、1つのアクティブストレージアレイ1300について合計180個の2.5”HDDを提供する。ネットワーク信号は、スイッチ制御ボード1313、1314へルーティングされる。
例示的実施形態において記載されたアクティブストレージユニットおよびアクティブストレージアレイは、市販のSoc、カスタマイズされたSoc、FPGA、などの種々のハードウェアプラットホームを用いて実装され得る。プラグアンドプレイ能力はアクティブストレージアレイが拡張可能であることを可能にし、パワー管理能力は、種々のユニットが段階的にスイッチオンされることを可能にし、同時に、停電の場合にデータロスを防止する。さらに、再構成論理は、各ユニットがオンザフライにプログラムされることを可能にし、これによりダウンタイムを低減する。
概括的に記載された発明の趣旨および範囲から逸脱せずに特定の実施形態において示された本発明に対して多数の変形および/または改変を加え得ることが当業者に理解されるであろう。従って、本実施形態は、全ての点で例示的であって、限定をするものではないと解されるべきである。
Claims (15)
- アクティブストレージユニットであって、
プロセッサ、前記プロセッサに通信可能に結合された少なくとも1つの内部メモリモジュール、および前記アクティブストレージユニットをプログラムするために前記プロセッサに通信可能に結合された再構成可能な論理回路を含むアクティブ制御ボード、ならびに
前記アクティブ制御ボードに通信可能に結合された複数のストレージデバイス、
を含むアクティブストレージユニット。 - 前記アクティブ制御ボードは、前記プロセッサに通信可能に結合された、前記ストレージデバイスに格納されたデータのためにキャッシュを提供するように構成された不揮発性メモリモジュールをさらに含む、請求項1に記載のアクティブストレージユニット。
- 前記プロセッサは、停電の場合に揮発性データを前記不揮発性メモリモジュールに書き込むように構成される、請求項2に記載のアクティブストレージユニット。
- 停電の場合に緊急時電力を前記アクティブストレージユニットに提供するように構成された予備電源をさらに含む、請求項3に記載のアクティブストレージユニット。
- 前記不揮発性メモリモジュールは、ソリッドステートドライブを含む、請求項2に記載のアクティブストレージユニット。
- 前記アクティブ制御ボードは、オブジェクトおよびファイル転送プロトコルを解釈して前記ストレージデバイスへのまたは前記ストレージデバイスからの現実のデータ転送を実行させるように構成される、請求項1に記載のアクティブストレージユニット。
- 前記アクティブ制御ボードは、分散型ファイルシステムソフトウェアを動作させるように構成されたオペレーティングシステムを含む、請求項1に記載のアクティブストレージユニット。
- 前記ストレージデバイスは、ハードディスクドライブ(HDD)、ハイブリッドHDD、ソリッドステートドライブ(SSD)、およびハイブリッドSSDから成る群のうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載のアクティブストレージユニット。
- 前記アクティブ制御ボードは、自身に接続されている少なくとも1つの不揮発性ランダムアクセスメモリ(NVRAM)モジュールを制御するように構成されたNVRAMコントローラをさらに含む、請求項1に記載のアクティブストレージユニット。
- 前記アクティブ制御ボードは、前記プロセッサに通信可能に結合されたインターインテグレーテッドサーキット(I2C)をさらに含む、請求項1に記載のアクティブストレージユニット。
- 1つ以上のアクティブストレージユニットであって、各アクティブストレージユニットは、
プロセッサ、前記プロセッサに通信可能に結合された少なくとも1つの内部メモリモジュール、および前記アクティブストレージユニットをプログラムするために前記プロセッサに通信可能に結合された再構成可能な論理回路を含むアクティブ制御ボードと、
前記アクティブ制御ボードに通信可能に結合された複数のストレージデバイスと、を含む、前記1つ以上のアクティブストレージユニット、ならびに
前記1つ以上のアクティブストレージユニットおよび外部デバイスの間にインターフェース接続し、これにより前記外部デバイスおよび前記1つ以上のアクティブストレージユニットの間で直接にデータ操作を可能にする1つ以上のスイッチ制御ボード、
を含むアクティブストレージアレイ。 - 前記1つ以上のアクティブストレージユニットおよび前記1つ以上のスイッチ制御ボードを受け入れるように構成されたバックプレーンボードをさらに含み、前記1つ以上のアクティブストレージユニットおよび前記1つ以上のスイッチ制御ボードは、前記バックプレーンボードに活線挿抜可能である、請求項11に記載のアクティブストレージアレイ。
- それぞれの1つ以上のアクティブストレージユニットおよび前記外部デバイスの間に各々インターフェース接続し、スイッチコントローラモジュールに通信可能に結合されたネットワークスイッチを各々含む複数のスイッチ制御ボードを含む、請求項11に記載のアクティブストレージアレイ。
- 前記複数のスイッチ制御ボードは、分散型アクティブストレージアレイを形成するために、前記ネットワークスイッチを介して相互に協働するように構成される、請求項13に記載のアクティブストレージアレイ。
- 前記1つ以上のスイッチ制御ボードは、各々、ネットワークスイッチに通信可能に結合され、前記1つ以上のアクティブ制御ボードの各々に配置された電力スイッチを介して前記1つ以上のアクティブ制御ボードを段階的にパワーオンするように構成されたシャーシ管理プロセッサを含む、請求項11に記載のアクティブストレージアレイ。
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