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應用新局面 企業存儲迎來超大容量SSD時代

 關于ssd何時取代硬碟的議題中,有兩個觀察名額:一是儲存密度或容量的對比,二是機關容量成本的對比。

應用新局面 企業存儲迎來超大容量SSD時代

面對ssd的競争,更大的容量(以單一裝置而言),與更低的機關容量成本,是傳統硬碟僅存的少許優勢,但其中容量更大一項,已即将為ssd所超越。目前最大容量10tb硬碟問世還不過1年時間,容量更大的15.3tb ssd已經在2016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将陸續支援15.3tb規格的ssd,但随着這類超大容量ssd的應用,也給企業儲存帶來新的問題,進而将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。由于儲存裝置的外型尺寸規格是固定的,是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于磁錄技術進步所帶來的磁錄密度成長,而ssd的容量成長則取決于半導體制程技術的進展。相較于硬碟磁錄技術,半導體制程技術的進步更快,也給ssd帶來更快的容量成長速度。

ssd雖然直到2013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,便花了将近5年時間。

而到了2016年中的現在,硬碟最大容量雖然從3年前的6tb增加到10tb,提升了66%的容量,但在ssd方面,随着3d nand flash記憶體技術的實用化,ssd容量更是以倍于從前的速度持續增長,2015年初出現了6tb ssd,2016年初又有13tb容量的ssd上市,現在更大的7.68tb與15.3tb容量ssd,也都即将在下半年上市,較3年前增加了15倍。

硬碟容量從1tb成長到目前的10tb,足足花了8年多,相對的,ssd從1tb成長到15tb容量,卻隻花了3年多,由此可見兩種儲存媒體的容量成長速度差異。

而且10tb硬碟是屬于3.5寸規格,而ssd的标準規格是2.5寸,以更小的尺寸卻能提供高出50%以上的容量,是以雙方的容量密度還有着更大的差距。

應用新局面 企業存儲迎來超大容量SSD時代

一直到2016年上半年之前,硬碟相對于ssd都還擁有容量優勢,但随着ssd導入3d nand技術,從2015年起儲存容量便急速增長,到2016年上半年已正式超越硬碟。

超大容量ssd即将進入企業儲存應用

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,多數産品支援的最大容量規格則是3.2tb。

不過,随着三星的15.3tb容量ssd在2016年上半年開始出貨(2015年8月發表),企業儲存裝置也陸續支援了這種超大容量ssd。

例如,在5月底釋出的ontap 9作業系統中,netapp宣布将支援15.3tb的ssd,是第一個支援這種容量規格的企業級儲存系統。接下來hpe亦在6月初宣布,旗下的3par storeserv儲存産品線将支援7.68tb與15.3tb ssd(目前storeserv 8000系列型錄中,已有7.68tb ssd可選,15.3tb款式應會在稍晚提供)。dell亦向我們透露,将在下半年為主力儲存産品線與伺服器産品,引進7.68tb與15.3tb的ssd。

雖然7.68tb與15.3tb的ssd上市初期的價格仍十分昂貴(市價據稱達到2~4萬美元),但可一舉将儲存系統容量提高2~4倍,是以我們可以預期,到了今年年底時,主要儲存與伺服器供應商,都會陸續支援這類型ssd。

不過從另一方面來看,随着這類超大容量ssd的導入,也企業儲存應用帶來下列新的問題。

系統可用性疑慮增加

随着ssd儲存容量的增加,如今隻需較少數量的ssd,就能組成相同容量的儲存陣列。例如在主流企業端ssd最大容量隻有3.2tb的過去,必須使用16台ssd才能組成50tb的儲存群組,現在改若用15.3tb ssd便隻需4台。但這也意味着,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,隻有6%的資料需要重建;而換成15.3tb ssd時,由于每台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,随着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,寫入負擔将集中在hot spare磁碟上,以緻成為重建時的效能瓶頸,是以需要重建的資料量越大,重建時間也将以線性增長。

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,勢必将面臨重建時間過長,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,由于需要的重建時間已相當長,隻允許整個群組損失1台磁碟的raid架構是不夠用的,在漫長的重建期間内,若有另1台磁碟失效,整個群組便無法恢複,是以至少必須提供等同于raid 6、允許損失2台磁碟的架構,才能保證系統進行資料重建時,還擁有基本的保護能力。

而當單一磁碟容量達到10tb等級時,磁碟失效所需的重建時間又增加了數倍,此時raid 6等級的保護也不夠充分,将需要透過erasure code技術,引進更多的校驗磁碟來確定可靠性。例如netapp新提出的raid-tec,與nimble storage的raid 3p+等技術,都提供了允許磁碟群組損失3台磁碟的容錯能力,

其次,是必須設法減少磁碟群組重建時間。這需要舍棄傳統raid架構,改用分散式的新型raid架構,不再使用單一的hot spare磁碟,而是将重建負擔分散到所有磁碟機,藉此大幅提高系統的重建效率。例如hpe 3par的fast raid、netapp的動态磁碟池(dynamic disk pool)、dell源自compellent的動态區塊(dynamic block),或是華為的raid 2.0等,都是屬于這類新創的raid架構。

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,來提供大于标準2.5寸ssd的容量,或是超越sata/sas等标準傳輸介面的效能。

例如hds在2013年中發表hus vm全快閃儲存陣列時,便發表了比同時期标準規格ssd容量大了4倍的3.2tb專屬fmd模組。稍後ibm 2014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2015年底發表6.4tb的fmd模組,也比同時期标準規格ssd的最大容量多了近70%。

但在3d flash記憶體技術的應用下,現在隻需使用2.5寸标準規格的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,是以,專屬規格flash模組的價值明顯已經大幅降低。

應用新局面 企業存儲迎來超大容量SSD時代

市面上第一款15.3tb容量硬碟,是三星的pm1633ma,利用48層的3d v-nand flash晶片組成512gb容量的記憶體封裝,然後結合32組記憶體封裝成為15.3tb超大容量的ssd,但外型仍是标準的2.5寸規格,采用12gb sas介面。netapp、hpe與dell的儲存裝置都将陸續支援這款ssd。

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本文轉自d1net(轉載)