說到今年企業IT儲存界的當紅炸子雞,與Flash、固態儲存相關產品技術的進展,可說當之無愧。因為,大廠與新進廠商紛紛推出混合式Flash儲存陣列的產品,就連一般儲存設備效能難以望其項背的全快閃式儲存陣列(All Flash Array,AFA),也成為眾多廠商兵家必爭之地。

例如,EMC在5月舉辦的2014年度用戶大會,宣布砸下1百萬美元,重金保證其XtremIO系列全快閃儲存陣列性能,一旦上線運作,就不會出現資料服務臨時停機、減速的情況,這活動原本到9月截止,後來又延期到2015年1月。到了7月,該公司推出3.0版的XIOS系統韌體,9月更新了VNX-F系列的全快閃儲存陣列──基於VNX5000系列和VNX7000系列儲存陣列的軟硬體環境,增添了VNX-F5000和VNX-F7000形成兩種新的Flash組態。

另一家儲存大廠NetApp同樣在全快閃儲存陣列的領域當中,接連出招。繼2013年先後推出EF-540和EF-550,顯示該公司在2011年併購LSI外部儲存系統部門Engenio的成果,今年6月,NetApp也開始在其新推出的統合式儲存系統當中的FAS8000系列,開始提供全快閃式建置組態,並且稱之為All-Flash FAS。到了9月,該公司自行研發將近兩年的FlashRay終於正式推出,第一批產品已經開始出貨,在發布初期,將只有特定用戶與合作夥伴能夠取得。

眾所期待的FlashRay終於上市了,雖然推出時間比一般估計的時程要慢了一些,但這仍是了不起的成就,不過,很奇怪的是,NetApp態度很低調,並未大張旗鼓地主推這套產品。先前從網路和官方資料上,FlashRay的硬體規格是公布了,但就外觀而言,我們只找到一兩張解析度並不高的產品正面照片,系統當中的軟體操作介面的樣貌,更是付之闕如。

所幸,10月底於美國拉斯維加斯舉辦的NetApp Insight會場上,我們終於得窺FlashRay的真實樣貌。很可惜的是,該產品的展示就只有頭一天,之後悄悄撤走,我們再也沒看到它的蹤影,神祕感十足。

從頭開始設計,NetApp決定自己打造新一代全固態儲存系統

為了追求最極致的效能,在當前,完全以固態硬碟的技術來作為陣列設備的儲存空間,並不新鮮,因為已經有好幾家廠商推出了全快閃儲存陣列的產品,就像NetApp本身就有EF系列與All-Flash FAS系列的設備,能夠提供相關的應用,如果NetApp研發的新一代產品,在定位和功能方面,仍然與上述兩種產品相互重疊,無法產生區隔,那就沒有太大意義了。而這部分的考量,似乎也是NetApp在開發FlashRay過程中所面臨的挑戰之一。

或許是如此,NetApp正式推出FlashRay時,特別對外強調這是一套從頭開始設計,並且是為了全快閃儲存陣列的企業應用系統環境,而開發了新的專屬作業系統Mars OS,以提供更佳效能、資料儲存效率與易於管理的特性,也就有一些道理了。

設計上,我們可以想見的是,對於這套新的系統,NetApp主要結合了全快閃儲存硬體應用技術,以及本身對於效能、儲存空間效率的掌握,以及管理與保護資料的相關技術。然而,更特別的考量是,NetApp還希望這套產品在建置成本上,能夠更經濟一些。但魚與熊掌總是難以兼得,這個看似不可能的任務,他們如何完成?

大膽採用較便宜的cMLC固態硬碟,作為儲存空間之用

就目前而言,在企業級的儲存設備上,若要應用固態硬碟作為快取或儲存空間,不論是混合式配置或全快閃式配置,各家廠商大多都會採用搭配MLC(Multi Level Cell)顆粒Flash的固態硬碟,而且是企業級MLC(Enterprise MLC,eMLC),NetApp在自家設備上就是如此,不論是在採用混合式組態的FAS系列、E系列,或是採用全快閃組態的FAS8000系列、EF系列,當中所採用的固態硬碟,清一色都是eMLC。

因此就常理而言,FlashRay似乎也應該採用eMLC顆粒的固態硬碟,不過,很特特別的地方是,在這套新一代產品發布之前,NetApp就已經對外宣布要採用cMLC,等到FlashRay最終正式發布時,從官方公布的規格也證實的確如此,但似乎當中還有蹊蹺。因為,一般而言,cMLC通常是指消費級MLC(Consumer MLC),但FlashRay所用的SSD,卻不是典型的cMLC,有點出乎意料。

在NetApp Insight大會現場上,根據我們目睹的FlashRay設備組態來看,它包含了一臺6U尺寸的控制器機箱,貌似FAS8040/8060/8080EX,以及一臺容納24臺2.5吋SSD的2U硬碟櫃DS2246。

DS2246當中搭配儲存媒體是2.5吋480GB固態硬碟,但有趣的是,這些SSD所用的存取介面是6Gb SATA規格,不過,FlashRay本身的硬碟存取介面卻是6Gb SAS。而且,我們看到的SSD序號是MZ7WD480HAGM,實際對應的型號是SM843T,屬於資料中心等級的產品,似乎並非一般認定的消費級MLC固態硬碟。因此NetApp在FlashRay所應用的cMLC SSD,所指的似乎是「SATA」介面,而非直接採用消費級MLC。

如果FlashRay確定是用SATA介面的企業級固態硬碟,來做為主要的資料儲存媒介,那麼NetApp在這裡所提到的cMLC固態硬碟,很可能會是Client MLC,而不是Consumer MLC。

不論是何種類型的SSD,儲存陣列廠商在發展混合式或全快閃式產品時,往往同時面臨儲存媒介的搭配選擇,因為牽涉到成本、效能、耐用性與可靠度等因素。

有別於磁性儲存媒體,在Flash這樣新興的儲存應用上,市面上已經存在多種類型技術,以企業級SSD而言,過去會採用SLC(Single Level Cell)的記憶體顆粒,耐用性高,但成本居高不下,後來有些儲存廠商開始採用MLC來替代,雖然MLC耐用性不如SLC,但透過平均抹寫儲存區塊來減少耗損的技術(Wear Leveling),以及故障區塊管理(Bad Block Management)演算法的搭配,提升了固態硬碟的可靠度,這也使得價格相對較為便宜的MLC,在當前也已經普遍用於企業級SSD。

除了SLC、MLC,另一個也受到業界關注的Flash儲存裝置應用,則是TLC(Triple Level Cell)。就像MLC之於SLC的狀況,它的強項是低成本,而且可做到很高的顆粒密度,但缺點是效能、可靠度與耐用度均比MLC要低,由於資料儲存模式相關的演算法發展日益精密,TLC的耐用性也在增長,許多人預測,企業級SSD也將有機會採用這種技術。

自行開發新一代系統軟體,重新定義全快閃儲存陣列系統的搭配方式

企業若想要發揮全快閃儲存陣列的威力,如何在不同的Flash儲存媒體之間,根據效能、耐用度與成本來考量,選出最適合這樣大量採用的材質,固然很重要,然而,這只是從硬體的角度來思考,但系統軟體功能設計的良窳,對於儲存系統的整體效能的影響,以及能否擴大應用的場合,更是動見觀瞻。

原本NetApp的儲存系統是單一平臺,以目前主推的FAS系列儲存設備來說,採用的作業系統軟體是Data ONTAP,能支援單機、叢集式橫向擴展架構,甚至是雲端環境的共享儲存架構。但後來,該公司因為併購Engenio而成軍的EF系列和E系列儲存陣列,所採用的作業系統軟體,則是另一個截然不同的平臺──SANtricity。

而NetApp在2013年初宣布將自行研發FlashRay時,也揭露了這套全快閃儲存陣列會採用全新的作業系統Mars OS。因此,就目前來看,NetApp旗下的儲存設備等於有三種作業系統軟體同時存在。為什麼他們無法再像過去一樣,延續多年以來維持的單一平臺傳統?而且,也不是透過併購廠商來取得新平臺技術,想必其中有特殊理由。

之所以要從頭開始,自行發展Mars OS,NetApp研發團隊的主要目的,是希望這個新平臺的推出,能夠更著眼於當前與未來的Flash儲存應用,能夠正面迎擊這類解決方案正面臨的各種挑戰,例如I⁄O存取效能、資料儲存效率、資料管理便利性,以及資料能否跨越不同平臺、儲存環境進行遷移,做到動靜自如的境界。為了達到這個目的,NetApp認為有必要從頭開始設計儲存作業系統,而不是仰賴部分功能翻新或整合,因為在上述這些需求的滿足,在傳統以硬碟這個儲存媒介為主的應用,固然是相當成熟的,卻不能全盤套用在Flash儲存上。

在目前的Mars OS版本裡面,NetApp提供了名為「Always-on」的持續上線運作的功能,提升資料存取效率;當中也加入了長度可變式區塊編排(Variable Length Block Layout,VLBL)的技術,以便盡可能地降低存取Flash的I/O動作,還能藉此增加系統的有效儲存容量──NetApp認為這裡所謂的容量提升,幅度將會是既有儲存應用方案的20倍,而且效能不會因此折損;同時,Mars OS也能支援低於毫秒的超低延遲持續存取方式,提供高吞吐量的效能表現。

有了上述這些機制,NetApp認為Mar OS將能適用各式各樣的工作負載需求。此外,他們也考慮到未來若要換裝為採用下一代固態技術的儲存媒體時的狀況,這套系統也將支援無縫升級的作法,以降低全快閃儲存陣列的相關維運成本。

FlashRay9月正式推出之後,NetApp表示,Mars OS未來也將緊密整合既有的Data ONTAP系統,使其能夠承繼NetApp發展多年的資料管理技術,進而促使這臺儲存系統上的資料能夠不被執行環境所綑綁,並且,可以更容易地依據企業需求,搬移到各種平臺上,因此,當資料可橫跨不同平臺進行遷移,順利放置到正確的儲存層時,就能協助企業實現資料生命週期管理的整體策略。有了這樣的整合,Mars OS也將獲得橫向擴展技術,可藉此提升儲存系統的效能與容量。

FlashRay著眼的不只是Flash,也希望跨足下一代的固態儲存媒體

針對全快閃儲存陣列的應用,NetApp打造出新一代儲存系統,但研發過程當中,也有一些廠商和他們合作,像是設計與製造固態儲存媒體的廠商:Samsung和Toshiba。

以前者為例,在FlashRay推出時,該公司記憶體市場行銷部副總裁Jeeho Baek強調他們和NetApp緊密合作,將他們生產的Flash裝置搭配NetAppFlashRay之後,將改善關鍵應用系統效能,同時又能兼顧企業維運資料中心的成本考量。

因此,較省錢似乎是FlashRay的一大賣點,NetApp表明這套方案採用的是cMLC Flash,但這存在著兩大疑點:

一、    如上所述,我們在NetApp Insight大會現場,也看到了FlashRay實機,所搭配的是Samsung的SATA介面SSD,Samsung也強調FlashRay搭配他們的Flash,對資料中心環境來說,會是比較經濟實惠的選擇,既然如此,為什麼提供6Gb SAS的存取介面?

二、    FlashRay雖然是NetApp在2013年宣布要推出的產品,但據外電報導,關於Mars OS的開發,其實可追溯到2012年,當時的技術長Brian Pawloski,轉到Mars的專案去領導相關的技術團隊,所以整個FlashRay從投入開發到真正上市,時程其實不只一年半,為什麼到今年九月才能正式出貨?

當中,似乎有一些不為人知的玄機。

後來,我們在NetApp Insight 2014大會即將邁入尾聲的時刻,終於從NetApp亞太區技術及解決方案部經理游慶洪的口中,得到了部分答案。

他提到,為了把全快閃儲存陣列產品做得更好,NetApp寧願延遲推出產品時程,而且他們開發的FlashRay的主要理念,就是為了下一代的儲存平臺、下一代的資料中心去設計的。

這樣的回答,似乎不太明確,但游慶洪接下來談到了關鍵所在──他說,FlashRay的開發,其實關係到NetApp對下一代固態儲存媒體的使用。

對NetApp而言,他們看到了Flash這樣的儲存技術已相當成熟,但目前在發展上,面臨到儲存密度與價格的瓶頸。以價格而言,游慶洪說,現在,Flash的單位儲存成本下降速度已經趨緩,而且作為一個儲存媒體的材質來看,Flash本身有一些根本的弱點仍無法克服,而NetApp正在評估採用其他類型固態儲存技術的可行性。

目前有哪些新興的固態儲存材質,受到他們的關注呢?游慶洪特別提到了兩種選擇電阻式記憶體(Resistive Random Access Memory,ReRAM),以及相變記憶體(Phase Change Memory,PCM)。他說,這些材質研發出來已有15年之久,但一直沒有大規模生產,而現在開始有一些記憶體廠商陸續把這些實驗室裡面的技術轉變為產品,投入市場當中,對NetApp而言,FlashRay在設計時,已經納入了這樣的發展趨勢,考量到如何妥善應用新一代非揮發記憶體材質的需求,因此,FlashRay現在不單可以利用當前很普遍的Flash記憶體,作為固態儲存之用,以後還可以採用ReRAM和PCM這類新興的固態儲存媒體。

基於這樣的理由而延後了產品發布,值得嗎?游慶洪說,他們希望推出這樣一個產品的時候,能夠為將來打算,就算到了五到十年後,用戶都可以繼續依循這樣的架構去運用,而不是每隔兩年,就可能因為儲存應用趨勢的變化,屆時再購買適合的儲存陣列來因應。

的確,若儲存廠商沒有遠見,所推出的產品只能因應一段時間的使用,對企業用戶來說,是滿困擾的,尤其是對全快閃儲存陣列這麼昂貴的解決方案來說,更是如此──企業花了鉅資,所得到的IT技術,卻只帶來短短幾年的領先和競爭力,真的很冤枉。

不過,FlashRay若想以經濟實惠的這一點,來號召全快閃儲存陣列的採用,恐怕單是寄望新一代固態儲存媒體的發展與普及,緩不濟急,以目前來看,這樣的條件似乎還無法正式成立,或許,這也是我們看到FlashRay搭載SATA介面企業級SSD的主要原因吧!

 

FlashRay是NetApp最新推出的全快閃儲存陣列,結合了該公司自行研發的次世代作業系統Mars OS。它包含了1座6U尺寸的控制器機箱與2U大小的DS系列硬碟櫃,就外型而言,仍分別承襲了既有FAS8000系列高階設備,以及DS系列硬碟櫃的風格。

 

這是掀開FlashRay控制器的前方面板之後的模樣,你可以看到目前的組態只用了一半的機箱空間,以及3個可能是散熱風扇模組的設計。從NetApp公布的技術規格來看,控制器機箱裡面似乎並未搭配多臺硬碟或SSD,所配置的記憶體和NVRAM容量分別是128GB和16GB,並沒有大到需佔用很多空間,讓人好奇的是,搭配這麼大尺寸機箱的必要性,是單純為了機背的連接埠與PCIe介面擴充性嗎?

 

FlashRay受關注之處,除了它本身是NetApp最新推出的全快閃儲存陣列,NetApp花了幾年時間所自行研發的Mars OS作業系統,也是許多人很好奇的地方。從NetApp Insight 2014大會現場,我們搶先看到了這套系統的網頁管理介面樣貌,圖中為檢視FlashRay系統I/O效能表現的操作畫面。

 

FlashRay的網頁管理介面經過重新設計,得力於EchoUser這家專供使用者體驗設計(UX)公司的協助,包含整套系統的資訊架構、互動操作與整體視覺設計圖中為FlashRay可用容量狀態的即時狀態檢視,從這裡,我們看到FlashRay也同時呈現Thin Provisioning的功能執行成效。

 

從FlashRay背後來看,上面是DS2246硬碟櫃機箱,配置了兩個IOM6模組(X5713A-R6),每個模組當中的右邊兩個埠,可支援6Gb SAS的資料傳輸,連接埠是QFP規格。

下面則是FlashRay控制器機箱,我們發現NetApp目前提供的是單控制器組態,但還有一半空間,應該足以容納另一個控制器或節點。而在一些外電報導中,NetApp表示,未來將會支援雙控制器的組態,因此,的確是很有機會這樣做的。

 

產品規格

NetApp FlashRay

●機箱規格:控制器6U,硬碟櫃2U

●儲存作業系統:Mars OS

●原生儲存容量:11.5TB (10.5 TiB)

●可用儲存容量:7.86TB (7.15 TiB)

●容納硬碟數量:2.5吋24臺

●硬碟類型支援:480GB容量cMLC SSD

●硬碟存取介面:4個6Gb SAS埠

●管理埠:4個10GbE埠

●記憶體容量:128GB

●選購I/O介面:4個16Gb FC埠

【註:規格與價格由廠商提供,因時有異動,正確資訊請洽廠商。】

資料來源:NetApp,2014年11月


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