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磁碟陣列正在發生一波根本性的變化,隨著NAND Flash快閃記憶體成本的持續降低,以快閃記憶體構成的SSD與固態儲存裝置,不僅已經成為手機、平板電腦到筆記型電腦等消費端產品的主要儲存元件,就連企業級的伺服器,以至外接式的磁碟陣列,也都開始普遍使用SSD,並在磁碟陣列領域形成了SSD+傳統硬碟的混合式,以及全快閃兩種應用架構。

不同SSD應用型態的效能──成本位階

當前儲存設備的效能位階,從高到低依序是伺服器端的PCIe SSD、全快閃陣列、混合式陣列,以及傳統的磁碟陣列,但單位容量成本的位階則是相反的排列,其中融合了SSD與傳統硬碟的混合式陣列,居於兼顧效能-成本的折衷位置。

平衡運用SSD與傳統硬碟—混合式快閃應用

儘管快閃記憶體已隱隱然有取傳統機械式硬碟代之的趨勢,但就當前來看,機械式硬碟憑藉著單位容量成本的優勢,依舊存在著無可替代的價值,有機地混合運用SSD與傳統硬碟,讓兩種儲存媒體各展所長,便成為十分合理的選擇。

儲存陣列應用SSD+硬碟混合架構的方式有兩種,一是將SSD作為輔助DRAM的快取記憶體,另一是搭配硬碟構成分層儲存。

輔助DRAM的SSD快取

將SSD作為快取記憶體的目的,在於作為輔助DRAM的第二層快取記憶體,藉此擴大整體快取容量、提高快取命中率,減少存取機械硬碟的機率,進而達到改善I/O效能的目標。

從幾年前外商大廠率先為中高階儲存陣列引進SSD快取功能開始,如EMC的FAST Cache、NetApp的Flash Cache與Flash Pool、HP 3PAR的Flash Cache等,到現在SSD快取已經逐步普及到入門級外接儲存設備,包括國產的入門級磁碟陣列如普安的EonStor DS系列,都已經能提供選購的SSD快取功能,無論哪一個階層的用戶,都能透過選購SSD快取這項功能,來改善外接儲存設備的效能。

除了搭配既有儲存陣列產品、以選購型式取得的SSD快取功能外,特別值得一提的是,一些廠商更將SSD快取作為儲存陣列原生架構的一部分,整套產品就是圍繞著SSD快取機制來設計,形成了原生式SSD快取混合儲存陣列這個新的產品類型,包括Nimble Storage、Tegile、Tintri、去年Imation併購的Nexsan,以及為SanDisk併購的Fusion-io。

自動化的分層儲存

使用不同等級儲存設備組成分層儲存,來因應不同的應用需求,是久已有之的作法,當SSD進入磁碟陣列應用後,可與傳統硬碟分別組成高效能與低成本儲存層,讓不同應用程式的儲存配置發揮最大的效益。

不過,對於應用與架構複雜的資料中心環境來說,分層儲存應用的重點是「自動化」,必須利用自動化的分層儲存機制,而非繁瑣的手動作業,來幫助管理者將資料放置到合適的儲存層上。

繼HP 3PAR等早期先驅者後,目前自動分層儲存功能在中高階儲存陣列產品上已經十分普遍,包括HP 3PAR的Adaptive Optimization、EMC的FAST VP、Dell Compellent的Data Progression、HDS的Hitachi Dynamic Tiering等,幾乎所有企業級中高階儲存陣列,都已經將自動分層儲存列為標準的選購功能之一。就連部分入門級產品如普安的EonStor DS系列等,也提供了這個選項,用戶的選擇已經相當豐富。

混合式SSD應用的兩種基本形態:分層儲存與SSD快取

結合SSD與傳統硬碟的混合式架構,有分層儲存與SSD快取兩種應用形態。在分層儲存架構中,SSD扮演了高速儲存層的角色,搭配硬碟組成的低速儲存層;在SSD快取架構中,SSD則扮演輔助DRAM的第2層快取記憶體角色,藉此擴大快取記憶體容量、提高快取命中率,減少存取底層硬碟的機率。

滿足最高的I/O效能需求—全快閃陣列

完全使用Flash記憶體或SSD組成的全快閃儲存陣列,是當前儲存產品中的效能王者,依照架構的不同,可概分為3種類型:

●      專屬硬體式:從機箱、控制器、Flash記憶體儲存模組到系統軟體都採用專屬規格設計。IBM的FlashSystem、Violin Memory、SanDisk與Skyera的產品,均屬於這個類型。

●      傳統磁碟陣列SSD衍生版:傳統磁碟陣列產品改用SSD作為儲存媒體的衍生款式,沿用了傳統磁碟陣列的機箱與控制器設計,除以SSD取代硬碟外,還一定程度調整了系統韌體,以配合SSD的特性。典型產品有HP 3PAR StoreServ 7450、NetApp的EF系列、HDS HUS VM All Flash、Dell的SC4020 AFA都屬於這種類型。

●      通用硬體式:使用市售標準規格的伺服器硬體元件,搭配專屬儲存作業系統而成。如Pure Storage的FlashArray系列、EMC XtremIO系列、SolidFire的SF系列等。

無論哪一種類型的產品,都能達到提供低延遲、高IOPS存取效能的目的。而且隨著Flash記憶體成本的降低,以及全快閃儲存陣列產品功能的持續發展,當前的全快閃儲存陣列產品,定位已經和幾年前大不相同:

價格不再高不可攀

一方面是隨著SSD成本的降低,另一方面則是重複資料刪除技術的應用,使得全快閃儲存陣列的單位容量成本已有大幅度的降低。以搭配重複資料刪除功能為基準時,一些廠商如Skyera、SanDisk宣稱他們全快閃陣列的單位容量成本,甚至可低於傳統磁碟陣列。

資料服務功能日漸完善

除了傳統磁碟陣列衍生版型式的產品外,大多數全快閃儲存陣列都是新開發的產品,資料服務功能的完整性與成熟度,難以和傳統磁碟陣列相比,以致限制了它們在資料中心的應用。但過去一年多來,各全快閃儲存陣列供應商提供的資料服務功能都已經有了很大的擴展,也讓當前的全快閃儲存陣列逐步脫離了過往「高I/O環境專用」的角色,開始承擔更多樣化的應用,逐步轉型為「高效能通用儲存系統」。

引進SSD正是時候

比起2、3年前,當前SSD在磁碟陣列上的應用,已經進入成熟與普及的階段,應用形態更加多樣化,功能更成熟,價格也不再高不可攀,對價格較敏感的用戶,可從SSD+傳統硬碟的混合式架構著手,無論選擇快取還是分層儲存哪一種應用型態,都同樣能發揮顯著改善I/O效能的效果,成本也比全快閃架構便宜的多,是導入SSD的便利手段。

全快閃儲存陣列的3種產品形態

在當前主要的3種類型全快閃陣列產品中,傳統磁碟陣列SSD版目前占有最大的使用比重,不過發展最蓬勃的是通用硬體式Flash陣列,目前這類型產品的市占比重雖然低於另外兩種,但大多數新廠商與新產品都集中在這個類型,未來可望會有更大的發展。至於專屬硬體架構式Flash陣列在效能與規格上亦有許多吸引人之處,不過由於採用了成本高昂的專門訂製元件,可能會妨礙用戶的接受程度。

 

Flash記憶體模組的基本類型

儲存陣列採用的Flash記憶體模組可分為專屬硬體設計,以及標準的SSD兩大類型。

專屬硬體式的快閃儲存陣列,採用的是基於各自規格的專屬式Flash模組,傳統磁碟陣列衍生或通用硬體式的快閃陣列,則採用標準的SSD。

圖片中由上到下,分別是IBM FlashSystem的新款Flash模組、IBM FlashSystem的舊款Flash模組,Violin Memory的VIMM Flash模組,以及標準的2.5吋規格SSD,可看出彼此之間差異甚大,IBM與Violin這類型專屬設計Flash模組,採用了獨自的硬體設計、雖然便於專門量身打造以便滿足效能與規格需求,但相對於標準的SSD,也有成本較高的問題。

 


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