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一文看懂:SSD为何能在企业存储中兴起?

2018-04-08 17:41    it168网站 原创  作者: 谢涛 编辑: 谢涛

  【IT168 评论】固态硬盘(SSD)已经占据了服务器机械硬盘(HDD)在行业内的主导地位,超过了后者在企业市场上的销量。目前,从笔记本电脑到企业存储阵列,SSD已随处可见。虽然它们主要用于支持高端应用程序,存储的数据量也相对较少,但在各大服务器存储厂商新产品中,SSD的占比已越来越高。

  SSD的兴起

  为什么企业SSD在这么短的时间内,就能从HDD中攫取如此多的市场份额呢?要找到这个问题的原因,最行之有效且结果明显的方法就是将SSD和HDD在基础设计、性能、容量和成本等因素上进行比较。

  先从设计开始。服务器HDD的转速主要分为7200 rpm、10000rpm与15000 rpm。他们的运动部件常常会磨损、失效。HDD制造商一般会为其产品提供一个平均故障间隔时间 (MTBF),这使得这些HDD看起来像是能够持续使用几十年。但实际情况是,一些HDD在使用寿命期间会因为某些不确定因素(震动、电压、温度),无法预测地出现各种故障。而企业SSD并没有移动的机械部件,虽然寿命有限,但它们通常不会遭遇机械故障,寿命更可预估。

  此外,SSD相比HDD还有很多优点:

  ·无需风扇散热。

  ·企业SSD静默运行。

  ·应用程序的访问速度要快得多。

  但SSD也有一些缺点,企业SSD不是存储数据的最好选择。其容量性价比不高,而且如果长时间没有电源,就会造成数据泄露。有些类型的闪存也不能很好地处理被反复访问的数据。在被访问数千次之后,它们就会产生磨损。不过,业内已经开发了多种不同类型的企业SSD来缓解这个问题。

  SSD的形状因素

  有些供应商主张将SSD用于企业IT环境中的任何位置。毕竟这一技术已成为主流,其性能优势也是非常明显的,而成本问题在很大程度上将成为过去式。因此,主流存储厂商已经将企业SSD作为其存储平台业务的一个不可或缺的组成部分。它不再只应用于VDI或高性能需求型应用程序,而是广泛部署在小型、中型和大型数据中心,并用于块、文件和对象数据以及工作负载的每个类。

  ·多种类型。随着角色的扩展,有许多不同类型的flash和多种形式的因素。一些供应商只支持特定的SSD形状因素和接口,并表示它是最适合企业的。然而,企业往往会有不同的实际需求,也理应有不同的选择。

  ·SATA和SAS。SATA SSD速度较慢,通常用于最高容量SSD。相比之下,SAS SSD使用SCSI接口,速度比SATA SSD快。SATA驱动器通常是为服务器端部署而设计的。SAS SSD的性能优于SATA SSD。SAS SSD通常带有双端口,这意味着每个驱动器可以映射到两个独立的控制器,用于在企业存储中经常需要的故障转移和多路径IO。

  SSD的创新之路

  NAND是一种非易失性存储,断电后仍能保存数据。NAND闪存在MP3播放器、相机和SSD中很受欢迎。在闪存的早期阶段,研究人员在相同尺寸的硅片上增加了两个维度的密度,同时稳步降低了每千兆比特的成本。这是通过减少数据单元的大小来实现的。

  ·单层单元(SLC,Single-Level Cell)结构,即每个单元有一个bit,其后是多层单元(MLC)和三层单元(TLC)设计。但随着单元的收缩,维持其耐力变得更具挑战性,性能增长开始放缓,因此其更进一步的盈利前景看起来似乎不太好。

  ·不过,闪存设计从二维进步到了三维。3D V-NAND闪存芯片可以使单元层垂直地叠加在一起,使得密度和功耗更低、读/写速度更快、耐力更强。

  ·3D NAND并不是SSD唯一的创新领域。存储级内存(SCM)是一种新的持久存储技术,市场上比较典型的产品有3D XPoint(英特尔)、Z-SSD(三星)等。它有时也被称为持续内存(PMEM)。它支持以较小的大小编写数据,并促进更快、更高效的读/写过程。这种内存技术的密度是普通闪存的10倍,比普通闪存快1000倍。

  ·另一个重要的发展是非易失性存储器(NVMe)技术的出现。NVMe规范允许SSD使用高速PCIe总线来减少延迟、提高IOPS以及减少功耗。当与双端口系统结合时,NVMe带来了横向扩展和纵向扩展的企业SSD架构。这将使非易失性的内存尽可能地接近处理器,与单个企业SATA SSD相比,其速度要快10倍。

  这种快速、非易失性存储在某种程度上弥补了RAM和SSD之间的差距,性能价格比介于两者之间。它可以像任何其他永久存储设备一样被操作系统访问,也可以被部署在DIMM槽中,作为内存由操作系统访问。

  最高容量:SSD VS HDD

  在很久以前,1 TB HDD的发布就可以说是一个大新闻了,而且HDD的容量一般比SSD要大。但这种情况很快就发生了戏剧性的变化。3D NAND SSD容量超过1 TB(2.5英寸)的现在已经很常见了,三星最近发布了30 TB的SSD,并发布了一个产品路线图,计划在2020年之前发布100 TB SSD。到那时,3D NAND将获得企业SSD市场的最大份额。企业SSD容量每年增加一倍,已超过了HDD的容量增长。在顺序读取2000 MB/s、随机读取操中高达120k的IOPS,这样的性能如今在NAND和V-NAND技术中已十分常见。

  高容量SSD对许多应用程序来说是有意义的,但不是全部。它们对云应用程序很有好处,例如,支持内容共享流量的视频和媒体流,以及活跃的归档应用程序,在这些应用程序中,高度敏感的信息不会被覆盖。但是,读取密集型工作负载可能需要适当大小的持久性,以便为用户提供数据吞吐量的一致性,以确保快速交付用户请求的信息。这使得企业SSD在容量和性能之间达到平衡的需求越来越大。

  企业环境中的SSD:性能VS成本

  磁带是最便宜的存储形式,其次是HDD。然而,HDD定价出现下滑趋势,但其性能增益差强人意。企业SSD是不同的。他们的容量和性能表现正在稳步提高。在PCIe、3D NAND和NVMe的高价格下,SATA SSD更适合用于低成本应用。

  在过去的十年里,闪存芯片的价格平均每年下降30%左右。

  ·2007年1 GB闪存的成本为8美元。到2012年,这一数字降至0.71美元,比2007年价格的9%还要低。如今,其价格低至25美分/ GB。

  ·HDD价格也在下降。对于原始容量,性能密集型HDD(15K、10K RPM)每GB需要25到27美分。而据IDC的数据,容量敏感型HDD(7200 RPM和更慢的)每GB的价格更接近2或3美分。

  ·多数企业转向SSD并不是因为初期费用。因为从长期来看,用户可以因此节省很多钱。它们的性能要高得多,耗电量更低,而且与HDD相比,SSD所需的空间更少。将HDD替换为最新的SSD,可以提高应用程序的性能,提升用户体验,延长现有硬件的使用寿命。

  企业环境中的SSD应用

  SSD在企业存储领域已经占据了巨大的份额,有些观点认为,留给非闪存存储的唯一现实领域是归档。

  企业SSD的发展轨迹和服务器虚拟化有点儿类似。就像多年前,服务器虚拟化达到了一个临界点,管理员必须去解释为什么他们不将某个工作负载虚拟化。而在企业存储中的HDD部署,也变得越来越难以解释。

  企业尤其关注使用SSD平台来实现数据分析。在大数据时代下,越来越多的非结构化数据需要实时分析,SSD提供了数据洞察所需的性能,同时也在一定程度上节约了成本。因此,有些供应商也开始开发支持闪存分析的软件。

  综上,从长远来看,全闪存数据中心可能会成为现实。

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