Диски SSD для дата-центров

--> Дата: Мар 30, 2009 109

Твердотельные диски (Solid State Disk, SSD) обычно используются в качестве устройств хранения, которые заменяют традиционные жесткие диски (массивы таких дисков), поскольку работают гораздо быстрее. Для любой ОС SSD выглядит точно так же, как и HDD (Hard Drive Disk) – его можно монтировать, форматировать и использовать для хранения данных. Сегодня отдельные устройства SSD доступны в нескольких форм-факторах, например, 3,5 дюйма, 2,5, 1,8 и 1 дюйм. Как и в обычных HDD, в них используются интерфейсы SAS или SATA, а для корпоративных решений – Fibre Channel и InfiniBand. SSD, как правило, основаны на динамической (RAM) или флэш-памяти (Flash), причем для SSD-RAM может использоваться, например, память типа DDR или DDR-2, а для SSD-Flash – одноуровневая NAND SLC или многоуровневая NAND MLC флэш-память. Не исключено, что в ближайшее время на рынке появятся устройства, основанные на более экзотических типах памяти, например, мемристорах (http://www.bytemag.ru/articles/detail.php?ID=13842), разработанных корпорацией НР. В некоторых решениях SSD-Flash оснащаются кэш-памятью на основе динамической памяти, что улучшает скоростные параметры таких устройств.

Помимо скорости чтения и записи, один из важнейших параметров устройств хранения — это скорость произвольного ввода-вывода IOPS (Input/Output Operations per Second — число операций ввода-вывода в секунду). Стоит напомнить, что в зависимости от размера блока значение IOPS может меняться. Кроме того, скорость чтения может отличаться от скорости записи; различной может быть и скорость доступа к последовательно записанным и случайным данным. Так, для HDD время чтения/записи составляет 4–5 мс, а IOPS – 150–300, в то время как SSD-RAM обеспечивает время чтения/записи на уровне 15 мкс, а IOPS – 600. Высокая скорость чтения/записи обусловлена полупроводниковой природой SSD, а различие в параметре IOPS определяется тем, что в случае HDD необходимо менять положение блока головок чтения-записи для выбора записанных (не последовательно) данных на магнитных пластинах.

Благодаря отсутствию механических движущихся компонентов среднее время наработки на отказ у SSD обычно вдвое выше, чем даже у самых надежных HDD, и составляет около 2 млн ч. Еще одно очевидное преимущество, вытекающее из полупроводниковой природы SSD, заключается в более низком энергопотреблении. В режиме холостого хода этот параметр у SDD может составлять всего 5–7% энергии, необходимой обычным HDD.

Два основных недостатка SSD-устройств – это довольно высокая стоимость и ограничение на количество циклов перезаписи, если речь идет о SSD-Flash. К счастью, стоимость полупроводниковой памяти постоянно снижается, а при помощи специальных приемов удается использовать максимальное количество циклов записи для флэш-памяти.

Некоторые компании рассматривают SSD как некий новый (нулевой) уровень в иерархии хранении данных. Как известно, обычно в этой иерархии выделяют три уровня. Самый нижний, третий уровень – это архивные хранилища; здесь обычно находят применение ленточные библиотеки, или массивы дисков MAID (Massive Array of Idle Disks) с VTL (Virtual Tape Library). Напомним, что MAID состоят из сотен (и даже тысяч) дисков, предназначенных для приложений типа WORO (Write Once Read Occasionally), т. е. для редко используемых данных. Это нечто вроде JBOD (Just a Bunch Of Disks), но каждый диск в MAID начинает работать только по запросу, когда к нему происходит обращение. Благодаря этому увеличивается плотность хранения (по сравнению с RAID), уменьшается стоимость, энергопотребление и требования к охлаждению. Второй уровень – это объемные хранилища, в основе которых лежат достаточно медленные, но недорогие диски с интерфейсами SATA и SAS. Первый уровень образуют производительные хранилища, базирующиеся на быстродействующих (скорость вращения шпинделя 15 тыс. об./мин) HDD с интерфейсом Fibre Channel. Ключевое различие между каждым уровнем – это показатель IOPS на гигабайт, который может отличаться (например, между первым и вторым уровнем) в 10 раз. Так, SSD могут обеспечить работу с данными на нулевом уровне в 10 раз быстрее, чем на первом, именно поэтому этот уровень и называют высокопроизводительным хранилищем.

По оценкам аналитиков IDC, использование SSD для корпоративных приложений вырастет на 50% к 2011 г. по сравнению с 2007 г. Это при том, что прогноз общего увеличения рынка, включая SSD для настольных и мобильных систем, на 2012 г. составляет 70%. В то же время администраторы центров обработки данных (ЦОД) пока довольно осторожно подходят к массовому использованию SSD, хотя практически все крупные производители систем хранения данных уже объявили о своих решениях с использованием этой технологии. Например, эксперты из аналитической компании Objective Analysis считают, что SSD-Flash — это хорошая альтернатива массивам жестких дисков в ЦОД, где используется порядка 10-100 тыс. HDD. В этом случае можно найти 1–2% жестких дисков, которые можно заменить на SSD, в отношении, когда на один SSD приходится примерно 10 HDD.

Один из ведущих игроков на рынке корпоративных SSD — компания Texas Memory System (TMS), которая за свою 30-летнюю историю выпустила на рынок уже 13 поколений продуктов SSD. В прошлом году TMS показала неплохие результаты – продажи продуктов ее линейки RamSan выросли на 20%. Это касается и одного из самых быстрых массивов SSD-Flash RamSan-500, и массива SSD-RAM RamSan-440, первым преодолевшего барьер в 600 тыс. IOPS. Кроме того, в конце прошлого года начались поставки модульной системы SSD-Flash RamSan-5000 (емкость до 20 Тбайт), которая показала рекордное значение производительности в 1 млн IOPS.

Модель RamSan-500 выполнена в шасси высотой 4U и представляет собой гибридную систему – SSD-Flash (SLC NAND) с кэш-памятью на основе DDR RAM (16-54 Гбайт). Для защиты содержимого оперативной памяти используются технологии ECC и Chipkill (http://www.bytemag.ru/articles/detail.php?ID=8480). Кроме того, автономное электроснабжение этого типа памяти возложено на зарезервированные источники бесперебойного питания. Флэш-память (1–2 Тбайт) RamSan-500 организована в девять массивов RAID 3 с возможностью горячей замены. Высокая надежность каждого модульного массива поддерживается также технологией исправления ошибок ECC и Wear-Leveling. В частности, последняя распределяет операции записи по всем ячейкам модуля массива, благодаря чему обеспечивается равномерная нагрузка по циклам записи. Интерфейсы 4Gb Fibre Channel или 4x InfiniBand обеспечивают производительность на уровне 100 тыс. IOPS или 2 Гбайт/с.