儲存月報第2期：企業儲存迎來超大容量SSD時代

關於SSD何時取代硬碟的議題中，有兩個觀察指標：一是儲存密度或容量的對比，二是單位容量成本的對比。

面對SSD的競爭，更大的容量（以單一裝置而言），與更低的單位容量成本，是傳統硬碟僅存的少許優勢，但其中容量更大一項，已即將為SSD所超越。當前最大容量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，主要的企業級儲存設備都將陸續支援15.3TB規格的SSD，但隨著這類超大容量SSD的應用，也給企業儲存帶來新的問題，進而將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。由於儲存裝置的外型尺寸規格是固定的，所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於磁錄技術進步所帶來的磁錄密度成長，而SSD的容量成長則取決於半導體製程技術的進展。相較於硬碟磁錄技術，半導體製程技術的進步更快，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，便花了將近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，隨著3D NAND Flash記憶體技術的實用化，SSD容量更是以倍於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，也都即將在下半年上市，較3年前增加了15倍。

硬碟容量從1TB成長到當前的10TB，足足花了8年多，相對的，SSD從1TB成長到15TB容量，卻只花了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硬碟是屬於3.5吋規格，而SSD的標準規格是2.5吋，以更小的尺寸卻能提供高出50%以上的容量，因此雙方的容量密度還有著更大的差距。

一直到2016年上半年之前，硬碟相對於SSD都還擁有容量優勢，但隨著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即將進入企業儲存應用

直到今年5月之前，企業級儲存設備可用的2.5吋SSD，最大容量仍是3.84TB，多數產品支援的最大容量規格則是3.2TB。

不過，隨著三星的15.3TB容量SSD在2016年上半年開始出貨（2015年8月發表），企業儲存設備也陸續支援了這種超大容量SSD。

例如，在5月底發布的ONTAP 9作業系統中，NetApp宣布將支援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儲存產品線將支援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，將在下半年為主力儲存產品線與伺服器產品，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），但可一舉將儲存系統容量提高2～4倍，因此我們可以預期，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，隨著這類超大容量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

隨著SSD儲存容量的增加，如今只需較少數量的SSD，就能組成相同容量的儲存陣列。例如在主流企業端SSD最大容量只有3.2TB的過去，必須使用16臺SSD才能組成50TB的儲存群組，現在改若用15.3TB SSD便只需4臺。但這也意味著，當一臺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，每臺SSD平均保存整個系統6%資料量，一臺SSD失效時，只有6%的資料需要重建；而換成15.3TB SSD時，由於每臺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，隨著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，寫入負擔將集中在Hot Spare磁碟上，以致成為重建時的效能瓶頸，因此需要重建的資料量越大，重建時間也將以線性增長。

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，勢必將面臨重建時間過長，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，由於需要的重建時間已相當長，只允許整個群組損失1臺磁碟的RAID架構是不夠用的，在漫長的重建期間內，若有另1臺磁碟失效，整個群組便無法恢復，所以至少必須提供等同於RAID 6、允許損失2臺磁碟的架構，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，將需要透過Erasure code技術，引進更多的校驗磁碟來確保可靠性。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臺磁碟的容錯能力，

其次，是必須設法減少磁碟群組重建時間。這需要捨棄傳統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，而是將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的動態磁碟池（Dynamic Disk Pool）、Dell源自Compellent的動態區塊（Dynamic Block），或是華為的RAID 2.0等，都是屬於這類新創的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，來提供大於標準2.5吋SSD的容量，或是超越SATA/SAS等標準傳輸介面的效能。

例如HDS在2013年中發表HUS VM全快閃儲存陣列時，便發表了比同時期標準規格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，也比同時期標準規格SSD的最大容量多了近70%。

但在3D Flash記憶體技術的應用下，現在只需使用2.5吋標準規格的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，因此，專屬規格Flash模組的價值明顯已經大幅降低。

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，但外型仍是標準的2.5吋規格，採用12Gb SAS介面。NetApp、HPE與Dell的儲存設備都將陸續支援這款SSD。

圖片來源：SAMSUNG