企業使用磁碟驅動器儲存高效能資料正在逐漸減少,反而固態盤正在取代磁碟驅動器的位置。一股全快閃儲存器陣列(afa)到磁碟陣列的遷移正在席捲資料中心,磁碟驅動器陣列讓路給那些採用nand快閃儲存器驅動器的陣列,臨界點就在眼前。
為什麼是現在這個時候?是什麼改變讓nand看起來比磁碟更好?其中乙個改變的跡象就是儲存陣列廠商推出了第二代和第三代產品,並且隨著技術的成熟覆蓋越來越廣泛的用途。最新的全快閃儲存器陣列利用了這樣一種技術部署:資料訪問比磁碟陣列更快,客戶也不用放棄他們執行資料中心和確保資料安全所需的資料管理服務。
快閃儲存器陣列變革的臨界點是基於:
- 比磁碟更高的效能意味著訪問速度和耐用性
- **,原始容量和資料精簡之後的有效容量
- 資料管理服務
- 作為公升級了第1代產品的先鋒所具備的信心
- ssd的容量正在趕超hdd
- 不間斷操作
比磁碟更高的效能
ssd的資料處理速度比磁碟快近500倍,因為ssd是不需要等待讀寫磁頭在碟片表面移動到正確的軌道位置,然後再等待更長的時間讓碟片旋轉使得軌道位置正好處於磁頭下。
ssd在這方面的效能表現從來都是毫無疑問的。有一點值得懷疑的是,一旦快閃儲存器塊單元不得不重寫的時候這個開箱即用(fob)的效能是否可以延續,以及快閃儲存器驅動器本身的生命週期有多長。乙個單元塊每寫入一次,這個塊的一部分就會損耗掉。
控制器方面的開發減少了快閃儲存器驅動器可以承受的寫入次數(也就是較低的寫入放大),配置方面提供了乙個備用塊緩衝區,可以在現有塊損耗的時候呼叫這個緩衝區。現在企業快閃儲存器驅動器有5年的質保期,有充足的tb寫入次數確保企業使用的安全性。
經濟承受力
有四個因素降低了快閃儲存器的每gb成本:光刻縮小、每單元字位數、控制器發展和3d nand。
首先,單元尺寸更小意味著每個模片有更多的單元,每個晶圓有更多的模片,意味著每個模片的製造成本更低。其次,乙個快閃儲存器單元內增加了字位數。最初的slc(single level cell,1bit/cell)已經讓路給mlc(multi-level cell,2bit/cell),並且擴充套件到了tlc(triple level cell,3bit/cell)。
隨著我們從slc發展到mlc再到tlc,傳統快閃儲存器的耐用性在逐漸降低,單元光刻也在縮小。控制器中介軟體和軟體方面的開發可以從單元中提取更好的訊號,減少單元寫入次數意味著這些不受歡迎的屬性將會得到控制。
乙個個快閃儲存器層的堆疊——這是3d nand所能實現的——意味著乙個快閃儲存器模片可以容納更多的資料。三星48層模片可以容納256bits,64層模片可以容納512bits。這也使得後者一路逼近15.36tb ssd,甚至在容量方面超過了近線3.5英吋磁碟驅動器。
首先,快閃儲存器只有在精簡了資料(也就是重複資料刪除和壓縮)之後成本才是合理的,這個因素也在考慮之內。這些可變的因素取決於涉及到的資料型別。
隨著slc之間過渡到mlc再到tlc,2d nand發展到3d nand,原始快閃儲存器容量**下滑到比高效能磁碟的**還低,但是還沒有低到近線磁碟的**,以及容量方面也沒有達到。畢竟我們需要多付出一些成本來獲得高速訪問如此大容量儲存的好處。
資料管理服務
驅動器陣列廠商向他們收購或者自己開發的快閃儲存器陣列中(例如emc xtremio)增加了資料管理服務,而那些已經向現有陣列產品線中增加了快閃儲存器介質和管理特性的廠商(例如富士通和hpe)則延續了這個能力。富士通強調,快閃儲存器陣列管理應該覆蓋磁碟陣列管理,因為這有利於推動快閃儲存器陣列的普及。
與其他廠商一樣,富士通也強調cpu密集的重複資料刪除技術應該有選擇性地使用,只針對那些可以從中受益的資料。這與pure storage及其他那些嘗試對所有資料都進行重複資料刪除操作的廠商形成鮮明對比。
具有快照、映象、自動精簡配置等功能的全快閃儲存器陣列,以及大量磁碟驅動器陣列的資料服務,讓儲存管理員可以輕鬆地、平滑地採用全快閃儲存器陣列。和以前一樣,資料得到了管理和保護,但更快了,資料訪問也快得多了。
客戶信心
全快閃儲存器陣列的先鋒們已經被證明走了一條正確的道路,全快閃儲存器陣列的銷量一直在增長,根據idc的資料,這個市場的收入同比增幅達到了87%。還有很長的路要走,因為全快閃儲存器陣列收入目前只佔到企業儲存系統收入的7%,idc預計到2023年這個比例將達到40%。
2023年到2023年idc全快閃儲存器陣列市場評估
據富士通稱,與磁碟驅動器陣列相比,全快閃儲存器陣列的功耗降低10倍,延遲最多減少500倍,iops提高5倍,維護成本最多降低80%,驅動器故障重建加快5倍。全快閃儲存器陣列在相同效能下占用的空間少於hdd陣列,需要的冷卻資源更少,所有這些都會影響並降低其運營成本。
就eternus全快閃儲存器陣列來說,在應用的基礎上服務質量可以得到保障,沒有出現開箱即用效能的下滑,或者資源擁堵出現無效的情況。陣列操作可以實現自動化,不需要手動調優從不同儲存層中獲得效能與成本的最佳平衡。
以前陣列中不同的物理儲存層有不同的效能表現,現在劃分為虛擬效能層和自監控功能來確保應用獲得所需的服務質量。可選擇運用重複資料刪除和壓縮來提高容量,從而應對大量資料和降低響應時間,然後在資料需要盡可能高的效能時關閉這些功能。
容量
磁碟驅動器開發者放棄了單純地增加資料訪問速度。碟片旋轉速度達到1.5萬轉之後就停止了增長。多年來磁碟延遲沒有太大的變化,快閃儲存器延遲要低得多。直到今年,磁碟在容量方面和ssd拉開距離,出現了利用充氦氣技術的8tb、10tb和12tb磁碟,在3.5英吋的驅動器盒內容納更多的碟片和磁頭。
但隨後三星開發了容量達到15.36tb的pm1633a ssd,採用48層、256gbit、v-nand tlc技術。64層的版本採用512gbit晶元,那麼就是30.72tb的pm1633a ssd。這麼高的容量讓4tb或者8tb ssd就顯得很普通了,這增加了人們對ssd技術的信心。
磁碟驅動器巨頭希捷,已經開發了60tb ssd,在3.5英吋ssd內採用快閃儲存器晶元。
如今的快閃儲存器陣列——例如eternus af250和af650——有成本優化的入門級(af250)、可擴充套件且高速的中端陣列,再到高階陣列。af650可以從2個驅動器擴充套件到96個驅動器,這些驅動器本身可以從400gb擴充套件到乙個碟片接近16tb(tlc快閃儲存器),也就是說,容量範圍在800gb到1.5pb之間。
通過重複資料刪除有效容量可以達到近7.7pb。這樣跨度的範圍和這麼高的容量將需要多個磁碟驅動器架。
有乙個現實的期望,就是ssd容量可以翻番,然後隨著3d層數增多再增加。
這些陣列可以組成集群,然後我們就有了橫向擴充套件和縱向擴充套件的可能性。
耐用性和無中斷性
這麼高的容量很容易過量配置。4tb ssd生命週期可能是3年,過量配置4tb生命週期就是6年。
沒有企業會用可能出現故障或者中斷應用的儲存硬體來執行關鍵任務應用。全快閃儲存器陣列必須是持續執行的、不中斷的、用於支援關鍵任務應用的。
自動故障切換功能可以實現無中斷的目標,全快閃儲存器陣列例如富士通的eternus就具備這個特點。
要點
所有主流儲存陣列廠商都利用全快閃儲存器陣列儲存高效能資料;dell-emc、富士通、hds、hpe和ibm。新興的混合陣列提供商例如nimble、tegile和tintri都有全快閃儲存器陣列。
全快閃儲存器陣列技術已經成為新常態,將要達到乙個臨界點。高效能磁碟驅動器陣列將轉變成為高容量資料儲存。富士通表示,同時採用全快閃儲存器陣列技術和磁碟陣列技術、上層是通用的管理和資料服務,這是有可能實現的。富士通建議,企業資料中心應該以實現100%快閃儲存器的高效能資料儲存為目標。
malcom gladwell的書《引爆點》描述了小事情是如何引起大影響的。
臨界點就是當乙個想法、趨勢或者社交行為達到閥值、頂點時的「魔力時刻」。小小的快閃儲存器晶元正在企業it領域引發一場大的變革。全快閃儲存器陣列的臨界點就在這裡,是時候享受快閃儲存器帶來的好處了。
原文發布時間為:
2023年11月2日 孫斌
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