SSD-накопители в решениях IBM

Долгое время флэш-память применялась главным образом в потребительской электронике, например, как носитель информации в фотокамерах и MP3-плеерах. Сейчас эта технология достигла того этапа развития, когда сочетание емкости, быстродействия, стоимости и надежности открыло перед твердотельными накопителями на базе флэш-памяти (Solid State Drive, SSD) широкий круг компьютерных приложений: от мини-ноутбуков до корпоративных вычислительных центров.

SSD-накопители не имеют движущихся частей или вращающихся пластин, что характерно для обычных жестких дисков. Кроме того, твердотельные накопители способны показать скорость передачи до 20 тыс. транзакций в секунду против 200 транзакций у жестких дисков. По мнению экспертов, в ближайшем будущем SSD-устройства будут достаточно широко применяться как компонент многоуровневой архитектуры хранения наряду с жесткими дисками. Причем в ближайшее время на долю твердотельных накопителей придется около 5% общей емкости систем хранения.

Стоит отметить, что SSD-устройства корпоративного класса создаются в соответствии с более жесткими стандартами, чем потребительские версии. На мейнстрим-накопителях, как правило, можно разместить значительно больше данных за счет использования технологии многоуровневых ячеек MLC (Multilevel Cell). Твердотельные хранилища корпоративного класса в основном основаны на технологии одноуровневых ячеек (Singlelevel Cell, SLC), поскольку рассчитаны на больший срок службы и должны быть надежнее при более интенсивном использовании. Хотя корпоративные SSD-устройства поддерживают более быстрый доступ к данным, но в расчете на бит хранимой информации стоят значительно дороже, чем обычные жесткие диски. К тому же твердотельные накопители корпоративного класса невозможно совершенствовать в том же темпе, что и потребительские, добиваясь все большей плотности и более низкой цены в расчете на бит. Ведь большинство подобных устройств должны бесперебойно работать в течение пяти лет при стандартной корпоративной нагрузке. Тем не менее, несмотря на рецессию мировой экономики, исследователи из компании Samsung Electronics — одного из лидеров на рынке флэш-памяти типа NAND — считают неизбежным выравнивание цен на SSD-устройства и накопители на жестких дисках уже в течение нескольких ближайших лет. Как известно, стоимость SSD-накопителя находится в линейной зависимости от его емкости. По мере увеличения числа кристаллов флэш-памяти в составе твердотельного накопителя пропорционально растет стоимость всего устройства. Однако себестоимость флэш-памяти падает довольно быстро, поэтому темпы снижения цен на SSD-накопители составляют до 60% в год.

По прогнозам экспертов корпорации IBM, в ближайшие пару лет заказчики будут применять смешанные решения из SSD-накопителей и жестких дисков, но в перспективе от последнего типа носителей многие откажутся. Корпорация является активным приверженцем новой технологии, которую стала внедрять в корпоративные решения еще с 2007 г. Тогда IBM выбрала компанию SanDisk в качестве поставщика SSD-устройств для своей линейки блейд-серверов: 2,5-дюйм накопители на базе флэш-памяти SanDisk SATA 5000 емкостью 64 Гбайт предназначались для систем IBM BladeCenter HS21 XM (2×15,8 Гбайт) с улучшенными вычислительными возможностями и расширенной памятью. Выбор IBM в пользу твердотельных накопителей SanDisk был обусловлен высоким уровнем надежности и производительности, а также низким энергопотреблением этих устройств (около 2 Вт). Так, использование SSD-накопителей в блейд-серверах IBM BladeCenter HS21 XM позволило сократить энергопотребление на 18 Вт на сервер, на 252 Вт на шасси и на 1512 Вт на всю стойку. IBM стала первым крупным производителем блейд-серверов, который начал использовать в них твердотельные накопители корпоративного класса. Приняв такое решение, корпорация помогла своим заказчикам снизить сложность оборудования, увеличить надежность и управляемость систем и оптимизировать затраты на эксплуатацию дата-центров.

Осенью прошлого года IBM объявила о настоящем прорыве в области производительности систем хранения на базе флэш-памяти. В рамках проекта Quicksilver – результата совместной работы научно-исследовательских подразделений IBM в Англии (лаборатория в Hursley) и Калифорнии (Almaden Research Center) – инженеры, используя технологию виртуализации, достигли быстродействия на уровне 1 млн операций ввода-вывода в секунду (IOPS) при времени доступа менее 1 мс для массива SSD-накопителей суммарным объемом 4,1 Тбайт. Для сравнения: накопитель Intel X25-E корпоративного класса характеризуется производительностью 35 тыс. IOPS в режиме чтения и 3,3 тыс. IOPS в режиме записи. Поставщиком SSD-устройств в данном случае выступила компания Fusion-io. Согласно данным IBM, созданный ее специалистами массив SSD по производительности превзошел самые быстрые в мире дисковые хранилища более чем на 250%. При этом время доступа уменьшилось в 12 раз, занимаемая площадь — в пять, а требования к системам питания и охлаждения — почти вдвое.

IBM продолжает реализацию своей стратегии, направленной на расширение использования твердотельных накопителей в вычислительных системах корпоративного класса, предлагая все новые и новые SSD-устройства для серверов и платформ хранения, а также новое ПО, управляющее размещением данных на накопителях различных типов. Так, во всех системах IBM Power Systems теперь могут использоваться твердотельные накопители емкостью 69 Гбайт, выполненные в форм-факторе 2,5 дюйма. В качестве исходных устройств взяты SSD-накопители Zeus-IOP емкостью 128 Гбайт компании STEC, с которой у IBM подписано соглашение. Специальное форматирование уменьшает емкость исходного накопителя до 96 Гбайт. Технология Wear Leveling позволяет перемещать данные из «изношенных» ячеек в новые, тем самым продляя время жизни всего накопителя. Скорость непрерывного чтения информации составляет около 220 Мбайт/с, а скорость записи – 122 Мбайт/с. При произвольной выборке производительность твердотельного накопителя оценивается в 28 тыс. IOPS. SSD-устройство оснащено интерфейсом SAS (Serial Attached SCSI) со скоростью передачи 3 Гбит/с, а время поиска составляет от 20 до 120 мкс, в зависимости от того, где расположены данные. По данным IBM, этот SSD-накопитель выполняет в 87 раз больше операций ввода-вывода в секунду, чем стандартный жесткий диск с интерфейсом SAS и скоростью вращения шпинделя 15 тыс. об./мин., потребляя при этом всего одну пятую мощности.

Для серверов семейства IBM System х предназначены твердотельные накопители в форм-факторе 2,5 дюйма с интерфейсом SATA (Serial Advanced Technology Attachment) емкостью 50 Гбайт. Потребляемая мощность подобных устройств составляет 2,1 Вт. Еще один диск емкостью 50 Гбайт, рассчитанный на более высокую производительность ввода-вывода, поставляется в форм-факторах 2,5 и 3,5 дюйма. IBM также укомплектовала новыми моделями SSD-накопителей системы хранения System Storage DS8000. В финансовом секторе, активно работающем с DB2 for zOS и SAP, использование System Storage DS8000 с твердотельными дисками повышает общую производительность на 30% при сокращении энергозатрат более чем на 70% и уменьшении занимаемых площадей на 60%.

Системы онлайновой торговли существенно зависят от скорости оперативной обработки транзакций. Время ожидания передачи данных твердотельных жестких дисков втрое меньше, чем у обычных; таким образом, системы на SSD-накопителях лучше справляются с пиковыми нагрузками и оптимальны для компаний, большая часть продаж которых ведется через Интернет.

IBM также активно развивает программный инструментарий, помогающий хранить часто востребованные данные на SSD-устройствах, а остальные — на жестких дисках. Так, ПО Data Facility Storage Management Subsystem (DFSMS) и SSD Data Balancer упрощает процесс миграции, мониторинга и динамического переноса данных на твердотельные накопители.