Zoned Storage Initiative (ZSI)

개요

Zoned Storage Initiative(ZSI)는 대규모 데이터 환경에서 저장 효율성과 성능을 극대화하기 위해 고안된 저장 아키텍처로, SMR(Shingled Magnetic Recording), ZNS(Zoned Namespace) SSD 등 '존(Zoned)' 구조 기반 저장 장치를 활용하는 업계 표준화 노력입니다. 데이터센터와 클라우드 사업자들이 대용량 데이터 저장에 따른 성능 병목과 비용 문제를 해결하기 위해 주목하는 기술입니다.

---

1. 개념 및 정의

ZSI는 저장 장치를 물리적 영역(zones)으로 나누고, 해당 영역에 순차적으로 데이터를 쓰는 저장 방식을 의미하며, 이를 통해 쓰기 증폭(write amplification) 감소, 공간 활용률 증대, 장치 수명 연장을 도모합니다.

• Zoned Storage: 논리적으로 구획된 영역 기반 쓰기 구조
• ZNS SSD: NVMe 인터페이스를 기반으로 한 존 기반 SSD
• SMR HDD: 트랙이 겹쳐 저장되는 자기디스크 방식

---

2. 특징

특징	설명	효과
순차 쓰기 최적화	영역 기반 순차 데이터 쓰기 방식	장치 수명 연장, 쓰기 증폭 최소화
메타데이터 오버헤드 감소	불필요한 블록 이동 최소화	성능 안정성 확보
스토리지 계층 연계	SSD-HDD 간 데이터 흐름 효율화	티어링 기반 스토리지 구성 가능

ZSI는 HW/SW 공동 설계와 운영 정책 간 통합 전략이 필요합니다.

---

3. 구성 요소

구성 요소	설명	역할
Zone	데이터 쓰기 단위가 제한된 물리적 영역	순차 쓰기 전용 블록 구성
ZAC/ZBC 명령어	ATA/SCSI 명령 세트 확장	존 기반 장치 제어를 위한 표준 명령
ZBD 파일시스템	Zone Block Device 대응 파일 시스템 (ex. F2FS, btrfs)	호환성과 관리 효율 확보

Zoned 장치는 소프트웨어 정의 스토리지(SDS)와의 연동성이 중요합니다.

---

4. 기술 요소

기술	설명	사용 목적
Zoned Namespace (ZNS)	NVMe 기반 SSD의 존 분할	높은 IO 일관성과 효율적 용량 활용
SMR 디스크	트랙 중첩 저장 구조	대용량 저장과 비용 효율성 확보
libzbc/libzbd	리눅스 커널/유저레벨 라이브러리	ZAC/ZBC 기반 프로그래밍 지원

ZSI는 저장 장치 펌웨어와 OS 파일 시스템 간 협업 구조가 필요합니다.

---

5. 장점 및 이점

장점	설명	기대 효과
비용 절감	고밀도 저장 장치 최적 활용	CAPEX/OPEX 최소화
시스템 수명 연장	SSD 셀 마모 감소	장기적 투자 효율성 확보
에너지 절감	불필요한 쓰기 작업 감소	지속가능한 데이터센터 운영 가능

ZSI는 ESG/탄소중립 전략과도 밀접한 연계를 가집니다.

---

6. 주요 활용 사례 및 고려사항

사례	분야	비고
Meta	비정형 데이터 저장 최적화	Facebook 내부 ZNS 기반 아키텍처 적용
Microsoft Azure	클라우드 객체 스토리지	내부 히스토리컬 데이터 저장 최적화
Western Digital/Huawei	ZNS 기반 드라이브 상용화	하드웨어-소프트웨어 공동 표준 주도

고려사항:

• 기존 블록 기반 시스템과의 호환성 고려 필요
• 순차 쓰기 기반 설계 시 초기 개발 진입장벽 존재
• 운영 중 재배치/정리(Garbage Collection) 정책 설계 필수

---

7. 결론

Zoned Storage Initiative는 대용량 시대의 데이터 저장 전략을 근본적으로 재정의하며, 고성능/고효율/친환경이라는 트렌드를 동시에 만족시키는 핵심 기술입니다. 향후 대규모 AI 학습, 클라우드 백업, 로그 분석 등 다양한 분야에서 ZSI 기반 스토리지 아키텍처의 중요성은 더욱 커질 것입니다.