關於ssd何時取代硬碟的議題中,有兩個觀察指標:一是儲存密度或容量的對比,二是單位容量成本的對比。
面對ssd的競爭,更大的容量(以單一裝置而言),與更低的單位容量成本,是傳統硬碟僅存的少許優勢,但其中容量更大一項,已即將為ssd所超越。當前最大容量10tb硬碟問世還不過1年時間,容量更大的15.3tb ssd已經在2023年上半年開始出貨,一舉逆轉硬碟原有的容量優勢。
從下半年起,主要的企業級儲存裝置都將陸續支援15.3tb規格的ssd,但隨著這類超大容量ssd的應用,也給企業儲存帶來新的問題,進而將帶動新的儲存架構發展。
容量增長速度驚人的ssd
在技術進步的驅動下,無論硬碟還是ssd的容量都在持續增長,但兩者的成長速度不同。由於儲存裝置的外型尺寸規格是固定的,所以是透過容量密度的提高來使容量向上增長,硬碟容量的成長取決於磁錄技術進步所帶來的磁錄密度成長,而ssd的容量成長則取決於半導體製程技術的進展。相較於硬碟磁錄技術,半導體製程技術的進步更快,也給ssd帶來更快的容量成長速度。
ssd雖然直到2023年初才突破1tb容量,而同時期的硬碟最大容量已有6tb。但2年後,市場上就有4tb容量的ssd可買,相較之下,硬碟容量從1tb成長到4tb,便花了將近5年時間。
而到了2023年中的現在,硬碟最大容量雖然從3年前的6tb增加到10tb,提公升了66%的容量,但在ssd方面,隨著3d nand flash記憶體技術的實用化,ssd容量更是以倍於從前的速度持續增長,2023年初出現了6tb ssd,2023年初又有13tb容量的ssd上市,現在更大的7.68tb與15.3tb容量ssd,也都即將在下半年上市,較3年前增加了15倍。
硬碟容量從1tb成長到當前的10tb,足足花了8年多,相對的,ssd從1tb成長到15tb容量,卻只花了3年多,由此可見兩種儲存**的容量成長速度差異。
而且10tb硬碟是屬於3.5寸規格,而ssd的標準規格是2.5寸,以更小的尺寸卻能提供高出50%以上的容量,因此雙方的容量密度還有著更大的差距。
一直到2023年上半年之前,硬碟相對於ssd都還擁有容量優勢,但隨著ssd匯入3d nand技術,從2023年起儲存容量便急速增長,到2023年上半年已正式超越硬碟。
超大容量ssd即將進入企業儲存應用
直到今年5月之前,企業級儲存裝置可用的2.5寸ssd,最大容量仍是3.84tb,多數產品支援的最大容量規格則是3.2tb。
不過,隨著三星的15.3tb容量ssd在2023年上半年開始出貨(2023年8月發表),企業儲存裝置也陸續支援了這種超大容量ssd。
雖然7.68tb與15.3tb的ssd上市初期的**仍十分昂貴(市價據稱達到2~4萬美元),但可一舉將儲存系統容量提高2~4倍,因此我們可以預期,到了今年年底時,主要儲存與伺服器**商,都會陸續支援這型別ssd。
不過從另一方面來看,隨著這類超大容量ssd的匯入,也企業儲存應用帶來下列新的問題。
系統可用性疑慮增加
隨著ssd儲存容量的增加,如今只需較少數量的ssd,就能組成相同容量的儲存陣列。例如在主流企業端ssd最大容量只有3.2tb的過去,必須使用16臺ssd才能組成50tb的儲存群組,現在改若用15.3tb ssd便只需4臺。但這也意味著,當一台ssd失效時,所造成的影響也更大。
以前面那個例子來說,使用3.2tb ssd組成50tb儲存群組時,每台ssd平均儲存整個系統6%資料量,一台ssd失效時,只有6%的資料需要重建;而換成15.3tb ssd時,由於每台ssd保有整個系統25%的資料,一旦失效,就得重建多達25%的資料量,需要的重建時間與資料遺失風險都大幅提高了數倍。
事實上,隨著單一磁碟機容量增加,造成raid群組資料重建時間大幅增長的問題,在4tb、6tb等大容量硬碟問世時就已經存在,現在當ssd容量趕上甚至超越硬碟後,由ssd組成磁碟群組的環境,也開始要面臨這個問題。
亟需引進新一代raid保護技術
傳統的raid技術必須在磁碟群組中指定備用的hot spare磁碟,當磁碟失效、必須進行資料重建時,寫入負擔將集中在hot spare磁碟上,以致成為重建時的效能瓶頸,因此需要重建的資料量越大,重建時間也將以線性增長。
當硬碟或ssd容量達到10tb以上時,如果再繼續使用傳統raid技術,勢必將面臨重建時間過長,以及系統可靠性不足的問題。
要解決這個問題,必須分為2個層次來處理。
首先,是必須提高磁碟群組的可靠性。當單一磁碟機或ssd的容量達到數tb程度時,由於需要的重建時間已相當長,只允許整個群組損失1臺磁碟的raid架構是不夠用的,在漫長的重建期間內,若有另1臺磁碟失效,整個群組便無法恢復,所以至少必須提供等同於raid 6、允許損失2臺磁碟的架構,才能保證系統進行資料重建時,還擁有基本的保護能力。
對專屬規格ssd需求減少
先前曾有某些廠商,透過專屬的flash模組,來提供大於標準2.5寸ssd的容量,或是超越sata/sas等標準傳輸介面的效能。
例如hds在2023年中發表hus vm全快閃儲存陣列時,便發表了比同時期標準規格ssd容量大了4倍的3.2tb專屬fmd模組。稍後ibm 2023年初發表的flash system 840,也提供了4tb容量的專屬flash儲存模組。接下來hds又在2023年底發表6.4tb的fmd模組,也比同時期標準規格ssd的最大容量多了近70%。
但在3d flash記憶體技術的應用下,現在只需使用2.5寸標準規格的ssd,就能提供更大的容量,搭配nvme等新型i/o介面,也能提供十分可觀的效能,因此,專屬規格flash模組的價值明顯已經大幅降低。
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