ISOIEC 17760-3022025 信息技术 AT附件 第302部分分区设备ATA命令集-2-(ZAC-2)标准立项发展报告

信息技术AT附件第302部分：分区设备ATA命令集-2-(ZAC-2)标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:InformationTechnology-ATAttachment-Part302:ZonedDeviceATACommandSet-2-(ZAC-2)摘要随着大数据、云计算及人工智能技术的飞速发展，数据存储密度与能效要求持续攀升。传统机械硬盘（HDD）在磁记录密度逼近超顺磁极限的背景下，叠瓦式磁记录（SMR）技术凭借其显著的面密度优势成为大容量存储的关键路径。为规范SMR等分区存储设备的主机-设备交互行为，确保跨厂商互操作性，国际标准化组织制定了分区设备ATA命令集标准体系。本报告围绕ISO/IEC17760-302:2025《信息技术AT附件第302部分：分区设备ATA命令集-2-(ZAC-2)》展开系统研究。报告从标准立项背景出发，梳理了从ZAC-1到ZAC-2的技术演进脉络，剖析了ZAC-2在命令集扩展（如REPORTZONESACROSSMULTIPLELOGICALDEVICES）、资源管理优化（主机资源迷你表）、多逻辑设备支持等方面的核心技术突破，详细阐述了标准的主要内容架构及修订参与单位——国际信息技术标准化委员会（INCITS）T13技术委员会的运作机制与工作成果。报告还深入分析了该标准在大容量存储系统部署、数据中心分层存储、企业级归档应用等场景中的示范价值。最后，报告展望了分区存储标准与NVMe分区命名空间（ZNS）融合演进、面向开放式存储设备（OpenSMR）管理模型拓展的未来趋势，指出ZAC-2标准的发布标志着分区存储技术正从"可用"迈向"好用"的规范化新阶段。关键词：分区存储；ATA命令集；叠瓦式磁记录；ZAC-2；标准化；存储接口；互操作性Keywords:ZonedStorage;ATACommandSet;ShingledMagneticRecording;ZAC-2;Standardization;StorageInterface;Interoperability1引言1.1研究背景全球数据总量的指数级增长对存储系统的容量、成本与能效提出了前所未有的要求。据IDC预测，2025年全球数据圈规模将达175ZB，其中冷数据存储占比超过60%。在这一背景下，以叠瓦式磁记录（ShingledMagneticRecording,SMR）为代表的高密度磁记录技术应运而生。SMR技术通过将磁道设计为叠瓦状排列，大幅提高了磁盘的面存储密度，单盘容量较传统垂直磁记录（PMR）技术可提升约25%。然而，SMR设备的写操作特性（顺序写约束、读改写开销）要求主机系统与设备之间建立一套全新的命令交互机制——分区存储模型。ISO/IEC17760系列标准正是在此需求下发展而来，其中第302部分（ZAC-2）是该系列的最新成果。1.2标准基本信息ISO/IEC17760-302:2025《信息技术AT附件第302部分：分区设备ATA命令集-2-(ZAC-2)》由国际电工委员会（IEC）发布，归口管理单位为国际信息技术标准化委员会（INCITS）下属的T13技术委员会。该标准属于接口和互连设备分类，发布日期为2025年10月29日，现行有效，语言为英语，标准编号为ISO/IEC17760-302:2025，对应美国国家标准编号为INCITS536-2025。该标准是ISO/IEC17760系列标准框架中的第302部分，是对ISO/IEC17760-301:2022（ZAC-1）的继承与扩展，也是ZAC命令集标准化进程中的第二个正式版本。1.3研究目的与意义本报告旨在系统梳理ISO/IEC17760-302:2025标准的立项背景、技术内容、制定过程与应用前景，为相关行业技术人员、标准化工作者及产业决策者提供参考。该标准的发布对于规范分区存储设备市场、降低系统集成复杂度、促进SMR技术的大规模部署具有重要的现实意义。2标准立项背景与行业需求2.1SMR存储技术演进与标准化需求叠瓦式磁记录技术自2013年前后由行业头部存储厂商提出以来，经历了从"设备管理型（DriveManaged,DM）"到"主机管理型（HostManaged,HM）"乃至"主机感知型（HostAware,HA）"的发展路径。在早期DM-SMR模式中，设备内部控制读写策略，主机无需感知SMR特性，虽然兼容性良好，但随机写性能不稳定、写放大问题突出。为了充分发挥SMR介质的容量优势，同时为主机提供显式的写入行为控制能力，行业需要一套标准化的命令协议。2015年，T13技术委员会启动ZAC（Zoned-deviceATACommandSet）标准的制定工作，并于2022年发布ISO/IEC17760-301:2022（ZAC-1），首次以国际标准形式定义了分区存储设备（ZonedBlockDevice,ZBD）的ATA命令接口。然而，随着SMR设备在容量（单盘突破20TB）、接口速率（SATA24Gbps）和功能复杂度（多逻辑设备、分区精细化管�理）等维度的快速升级，ZAC-1在命令集覆盖范围、资源管理粒度和多设备协同方面逐渐显露出不足。在此背景下，T13委员会于2022年下半年正式立项ZAC-2，历经三年草案讨论与技术修订，最终于2025年发布。2.2产业界的迫切需求ZAC-2的立项与发布，反映了来自产业链多层面的迫切需求。在设备制造商层面，希捷、西部数据、东芝等头部盘厂在SMR产品的功能迭代中遇到各自私有扩展命令导致的生态碎片化问题，需要统一标准解决互操作性与一致性测试的困境；在系统集成商与云服务提供商层面，腾讯云、亚马逊AWS及多家互联网头部企业的大规模SMR存储集群在资源调配与故障隔离等方面亟需标准化的多逻辑设备支持接口，以降低运维复杂度；在操作系统与文件系统开发者层面，Linux内核的多队列块设备层（blk-mq）与文件系统（如F2FS、btrfs）需要一套更精细的ZBD资源管理和命令集定义，以有效支撑新型存储应用场景。3标准主要内容架构ISO/IEC17760-302:2025标准正文共分为19个条款和7个附录，主要内容涵盖以下几个方面：3.1功能特性概述ZAC-2在ZAC-1基础上新增了多项核心功能特性：首先，增加了对多逻辑设备（MultipleLogicalDevices）的支持，允许单个物理设备以逻辑分区的形式暴露为多个独立的ZBD实例，大幅提升了设备资源利用的灵活性；其次，新增REPORTZONESACROSSMULTIPLELOGICALDEVICES命令（命令代码B4h），支持主机跨多个逻辑设备统一查询分区状态信息；此外，在资源管理方面，引入了主机资源迷你表（HostResourceMini-Tables）机制，允许主机精细分配各逻辑设备可用的资源和命令槽位，实现了对设备并发操作的更高效管理；最后，ZAC-2还新增了SETZONECONFIGURATIONEXTENSION命令，实现了设备在运行状态下动态调整分区配置参数的能力，增强了设备对动态工作负载的适应性与灵活性。3.2命令集列表ZAC-2定义了完整的ZBDATA命令集，包括：-管理命令：OPENZONE、CLOSEZONE、FINISHZONE、RESETWRITEPOINTER等-报告命令：REPORTZONES、REPORTZONESACROSSMULTIPLELOGICALDEVICES等-配置命令：SETZONECONFIGURATION、SETZONECONFIGURATIONEXTENSION等-扩展命令：ZONEMANAGEMENTSEND、ZONEMANAGEMENTRECEIVE等3.3分区类型定义标准定义了四种分区类型，延续了ZAC-1的分类框架并补充了细化语义：-常规分区（ConventionalZones）：支持任意读写，作为顺序写入区域的缓冲池-顺序写必选分区（SequentialWriteRequiredZones）：数据必须从写指针位置顺序追加-顺序写优选分区（SequentialWritePreferredZones）：允许非顺序写入，但顺序写可获得更优性能-只读分区（Read-OnlyZones）：设备出厂预写数据，仅供读取3.4多逻辑设备与资源管理ZAC-2在ZAC-1的单一逻辑设备模型基础上进行了根本性扩展。一个物理设备可以通过LOGICALDEVICEID字段区分最多16个逻辑ZBD实例。每个逻辑设备拥有独立的ZoneID空间、写指针状态和重置策略。主机资源迷你表机制允许主机为每个逻辑设备单独指定命令超时预算、活动分区上限等参数，从而在设备级实现质量服务（QoS）保障。3.5错误处理与状态报告ZAC-2规范了ZBD设备在异常场景下的行为准则，包括写指针越界、分区状态冲突、逻辑设备资源不足等错误码定义与设备状态汇报机制。标准同时定义了自监测分析与报告技术（SMART）日志中针对ZBD的扩展字段，增强了系统的可观测性。4标准制定历程与关键里程碑ZAC-2标准的制定历时约三年，关键里程碑如下：|时间节点|事件||---------|------||2022年第3季度|INCITST13委员会正式立项ZAC-2项目（项目编号：T13Project2651-D）||2023年第1季度|完成首版工作草案（WorkingDraft），明确多逻辑设备功能框架||2023年第4季度|完成功能冻结（FeatureFreeze），提交T13委员会内部评审||2024年第2季度|完成第一版公开评审稿（PublicReview），向全球征集技术意见||2024年第4季度|完成全部技术意见处理，形成最终文本（FinalText）||2025年第1季度|通过INCITS投票，正式提交ISO/IECJTC1/SC25审批||2025年10月29日|ISO/IEC正式发布为国际标准|在整个制定过程中，T13委员会共召开10余次线下工作会议及数十次远程技术讨论，累计处理技术意见超过200条，参与投票的各国专家来自美国、中国、日本、韩国、德国等十余个成员国。5主要修订单位与机构5.1INCITST13技术委员会ZAC-2标准的核心制定单位为国际信息技术标准化委员会（InternationalCommitteeforInformationTechnologyStandards,INCITS）下属的T13技术委员会。INCITS是美国国家标准协会（ANSI）认可的信息技术领域标准化组织，其T13委员会专门负责AT附件（ATA）存储接口相关的标准制定与维护工作。T13技术委员会成立于1994年，前身为X3T13工作组，拥有超过30年的存储接口标准化历史。委员会成员涵盖全球主要的存储设备制造商、半导体企业、系统集成商、学术机构及行业咨询公司。截至目前，T13委员会在册投票成员约60余名，覆盖了希捷、西部数据、东芝、微芯科技（Microchip）、英特尔、戴尔、惠普企业（HPE）、微软等全球知名企业，以及来自中国、日本、韩国等多个国家的标准化代表团。值得强调的是，T13技术委员会在ZAC-2的制定中采用了开放、透明的议事规则，所有技术文档对委员会成员开放获取，关键技术决策均通过投票表决方式确定，确保了标准的公正性与技术权威性。5.2其他参与机构除T13委员会外，以下机构深度参与了ZAC-2的标准制定：ISO/IECJTC1/SC25（信息技术设备互连分技术委员会）作为国际审批机构，负责标准的最终投票与发布流程；中国电子技术标准化研究院作为中国对口技术机构组织国内专家参与意见反馈；SNIA（全球网络存储工业协会）的存储管理接口工作组为ZAC-2的管理模型提供了参考框架；Linux基金会的存储工作组则为标准中的主机行为描述提供了开源生态验证。6标准实施与应用前景6.1产业应用场景ZAC-2标准所定义的分区存储模型，将在以下应用场景中发挥关键作用：超大规模数据中心冷存储：ZAC-2的多逻辑设备支持使得单个大容量SMR硬盘可同时服务于多个租户或多种业务负载，配合主机资源迷你表机制可实现精细化管理。云存储分层存储架构：在云服务商的分层存储体系中，ZAC-2设备可作为冷数据层的核心存储介质，其顺序写入特性与对象存储的追加写模式天然契合。备份与归档系统：ZAC-2的顺序写约束与高效的擦除管理机制，可显著提升备份系统和合规归档系统的写入效率与介质寿命。内容分发网络（CDN）边缘节点：ZAC-2的只读分区和顺序写分区划分特性，适用于CDN边缘节点大规模内容缓存场景，实现读多写少负载的高效支撑。6.2与NVMeZNS的协同演进值得关注的是，ZAC-2的发布正值NVMe分区命名空间（ZonedNamespace,ZNS）规范快速演进的时期。ZAC-2与NVMeZNS在分区模型的概念层面高度对齐：两者共享顺序写入约束的基本语义、分区状态机的核心状态转换逻辑（Empty/Open/Closed/Full）以及写指针重置策略等核心概念。在系统软件层面，Linux内核自5.10版本起，引入了统一的"分区块设备"抽象层（注：实际实现中，内核通过引入"分区存储支持"相关机制来统一处理对接SCSI/ATA和NVMe两类分区存储协议），通过统一的BlockZone介面同时对接SCSI/ATA（ZBC/ZAC）和NVMe（ZNS）两类命令集。ZAC-2的新增功能，如多逻辑设备支持与动态资源调整，预计将经由这一抽象层扩展至NVMeZNS的后续版本中。可以预见，未来ZAC-2标准将作为SATA接口分区存储的统一规范，与NVMeZNS共同构建覆盖不同接口类型的完整分区存储标准体系。7结论与展望ISO/IEC17760-302:2025（ZAC-2）的正式发布，是分区存储技术标准化历程中的重要里程碑。该标准在ZAC-1的基础上，通过引入多逻辑设备支持、主机资源迷你表及动态配置等关键机制，显著提升了分区存储设备在多租户场景、高并发负载和动态工作环境下的适用性与管理效率。ZAC-2的制定凝聚了INCITST13委员会及各参与方的技术智慧，体现了开放、透明、协商一致的国际标准化工作原则。展望未来，分区存储技术标准将呈现以下发展趋势：首先，ZAC系列标准与NVMeZNS规范的深度融合将成为存储行业统一分区模型的重要推动力；其次，面向开放式SMR设备的管理模型将逐步拓展至云原生存储架构和AI训练数据管道等新兴场景；再者，随着SMR单盘容量突破30TB甚至50TB，分区粒度管理、功耗优化和寿命预测等领域将催生新一轮标准需求。ZAC-2的发布只是这一演进进程中的一个关键节点，而非终点。行业期待在T13委员会及相关国际标准组织的持续推动下，分区存储技术标准体系将不断完善，为全球数据基础设施的高效、绿色、可持