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分析:闪存将在企业级领域达到临界点
作者: 佚名 2016-11-02 20:15 【ZD至顶网】

企业使用磁盘驱动器保存高性能数据正在逐渐减少,反而固态盘正在取代磁盘驱动器的位置。一股全闪存阵列(AFA)到磁盘阵列的迁移正在席卷数据中心,磁盘驱动器阵列让路给那些采用NAND闪存驱动器的阵列,临界点就在眼前。

为什么是现在这个时候?是什么改变让NAND看起来比磁盘更好?其中一个改变的迹象就是存储阵列厂商推出了第二代和第三代产品,并且随着技术的成熟覆盖越来越广泛的用途。最新的全闪存阵列利用了这样一种技术部署:数据访问比磁盘阵列更快,客户也不用放弃他们运行数据中心和确保数据安全所需的数据管理服务。

闪存阵列变革的临界点是基于:

- 比磁盘更高的性能意味着访问速度和耐用性

- 价格,原始容量和数据精简之后的有效容量

- 数据管理服务

- 作为升级了第1代产品的先锋所具备的信心

- SSD的容量正在赶超HDD

- 不间断操作

比磁盘更高的性能

SSD的数据处理速度比磁盘快近500倍,因为SSD是不需要等待读写磁头在盘片表面移动到正确的轨道位置,然后再等待更长的时间让盘片旋转使得轨道位置正好处于磁头下。

SSD在这方面的性能表现从来都是毫无疑问的。有一点值得怀疑的是,一旦闪存块单元不得不重写的时候这个开箱即用(FOB)的性能是否可以延续,以及闪存驱动器本身的生命周期有多长。一个单元块每写入一次,这个块的一部分就会损耗掉。

控制器方面的开发减少了闪存驱动器可以承受的写入次数(也就是较低的写入放大),配置方面提供了一个备用块缓冲区,可以在现有块损耗的时候调用这个缓冲区。现在企业闪存驱动器有5年的质保期,有充足的TB写入次数确保企业使用的安全性。

经济承受力

有四个因素降低了闪存的每GB成本:光刻缩小、每单元字位数、控制器发展和3D NAND。

首先,单元尺寸更小意味着每个模片有更多的单元,每个晶圆有更多的模片,意味着每个模片的制造成本更低。其次,一个闪存单元内增加了字位数。最初的SLC(Single Level Cell,1bit/cell)已经让路给MLC(Multi-Level Cell,2bit/cell),并且扩展到了TLC(Triple Level Cell,3bit/cell)。

随着我们从SLC发展到MLC再到TLC,传统闪存的耐用性在逐渐降低,单元光刻也在缩小。控制器中间件和软件方面的开发可以从单元中提取更好的信号,减少单元写入次数意味着这些不受欢迎的属性将会得到控制。

一个个闪存层的堆叠——这是3D NAND所能实现的——意味着一个闪存模片可以容纳更多的数据。三星48层模片可以容纳256bits,64层模片可以容纳512bits。这也使得后者一路逼近15.36TB SSD,甚至在容量方面超过了近线3.5英寸磁盘驱动器。

首先,闪存只有在精简了数据(也就是重复数据删除和压缩)之后成本才是合理的,这个因素也在考虑之内。这些可变的因素取决于涉及到的数据类型。

随着SLC之间过渡到MLC再到TLC,2D NAND发展到3D NAND,原始闪存容量价格下滑到比高性能磁盘的价格还低,但是还没有低到近线磁盘的价格,以及容量方面也没有达到。毕竟我们需要多付出一些成本来获得高速访问如此大容量存储的好处。

数据管理服务

驱动器阵列厂商向他们收购或者自己开发的闪存阵列中(例如EMC XtremIO)增加了数据管理服务,而那些已经向现有阵列产品线中增加了闪存介质和管理特性的厂商(例如富士通和HPE)则延续了这个能力。富士通强调,闪存阵列管理应该覆盖磁盘阵列管理,因为这有利于推动闪存阵列的普及。

与其他厂商一样,富士通也强调CPU密集的重复数据删除技术应该有选择性地使用,只针对那些可以从中受益的数据。这与Pure Storage及其他那些尝试对所有数据都进行重复数据删除操作的厂商形成鲜明对比。

具有快照、镜像、自动精简配置等功能的全闪存阵列,以及大量磁盘驱动器阵列的数据服务,让存储管理员可以轻松地、平滑地采用全闪存阵列。和以前一样,数据得到了管理和保护,但更快了,数据访问也快得多了。

  客户信心

全闪存阵列的先锋们已经被证明走了一条正确的道路,全闪存阵列的销量一直在增长,根据IDC的数据,这个市场的收入同比增幅达到了87%。还有很长的路要走,因为全闪存阵列收入目前只占到企业存储系统收入的7%,IDC预计到2020年这个比例将达到40%。

2013年到2020年IDC全闪存阵列市场评估

据富士通称,与磁盘驱动器阵列相比,全闪存阵列的功耗降低10倍,延迟最多减少500倍,IOPS提高5倍,维护成本最多降低80%,驱动器故障重建加快5倍。全闪存阵列在相同性能下占用的空间少于HDD阵列,需要的冷却资源更少,所有这些都会影响并降低其运营成本。

就Eternus全闪存阵列来说,在应用的基础上服务质量可以得到保障,没有出现开箱即用性能的下滑,或者资源拥堵出现无效的情况。阵列操作可以实现自动化,不需要手动调优从不同存储层中获得性能与成本的最佳平衡。

以前阵列中不同的物理存储层有不同的性能表现,现在划分为虚拟性能层和自监控功能来确保应用获得所需的服务质量。可选择运用重复数据删除和压缩来提高容量,从而应对大量数据和降低响应时间,然后在数据需要尽可能高的性能时关闭这些功能。

容量

磁盘驱动器开发者放弃了单纯地增加数据访问速度。盘片旋转速度达到1.5万转之后就停止了增长。多年来磁盘延迟没有太大的变化,闪存延迟要低得多。直到今年,磁盘在容量方面和SSD拉开距离,出现了利用充氦气技术的8TB、10TB和12TB磁盘,在3.5英寸的驱动器盒内容纳更多的盘片和磁头。

但随后三星开发了容量达到15.36TB的PM1633a SSD,采用48层、256Gbit、V-NAND TLC技术。64层的版本采用512Gbit芯片,那么就是30.72TB的PM1633a SSD。这么高的容量让4TB或者8TB SSD就显得很普通了,这增加了人们对SSD技术的信心。

磁盘驱动器巨头希捷,已经开发了60TB SSD,在3.5英寸SSD内采用闪存芯片。

如今的闪存阵列——例如Eternus AF250和AF650——有成本优化的入门级(AF250)、可扩展且高速的中端阵列,再到高端阵列。AF650可以从2个驱动器扩展到96个驱动器,这些驱动器本身可以从400GB扩展到一个盘片接近16TB(TLC闪存),也就是说,容量范围在800GB到1.5PB之间。

通过重复数据删除有效容量可以达到近7.7PB。这样跨度的范围和这么高的容量将需要多个磁盘驱动器架。

有一个现实的期望,就是SSD容量可以翻番,然后随着3D层数增多再增加。

这些阵列可以组成集群,然后我们就有了横向扩展和纵向扩展的可能性。

耐用性和无中断性

这么高的容量很容易过量配置。4TB SSD生命周期可能是3年,过量配置4TB生命周期就是6年。

没有企业会用可能出现故障或者中断应用的存储硬件来运行关键任务应用。全闪存阵列必须是持续运行的、不中断的、用于支持关键任务应用的。

自动故障切换功能可以实现无中断的目标,全闪存阵列例如富士通的Eternus就具备这个特点。

要点

所有主流存储阵列厂商都利用全闪存阵列存储高性能数据;Dell-EMC、富士通、HDS、HPE和IBM。新兴的混合阵列提供商例如Nimble、Tegile和Tintri都有全闪存阵列。

全闪存阵列技术已经成为新常态,将要达到一个临界点。高性能磁盘驱动器阵列将转变成为高容量数据存储。富士通表示,同时采用全闪存阵列技术和磁盘阵列技术、上层是通用的管理和数据服务,这是有可能实现的。富士通建议,企业数据中心应该以实现100%闪存的高性能数据存储为目标。

Malcom Gladwell的书《引爆点》描述了小事情是如何引起大影响的。

临界点就是当一个想法、趋势或者社交行为达到阀值、顶点时的“魔力时刻”。小小的闪存芯片正在企业IT领域引发一场大的变革。全闪存阵列的临界点就在这里,是时候享受闪存带来的好处了。


标签:磁盘 PCIe闪存 

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