快取型混合式Flash陣列產品總覽

在今年6月的《混合式固態儲存設備採購大特輯》中，我們已介紹過採用自動分層技術的混合式儲存設備，這裡我們則將介紹另一大類採用SSD快取機制的混合式儲存設備。

目前含有SSD快取功能的儲存設備可分為兩種型式，一是搭配既有磁碟儲存產品的附加功能，儲存產品本身是傳統的硬碟是磁碟陣列，但可透過額外附加的SSD快取功能，來構成擁有SSD快取的混合式儲存設備；另一則是專門以SSD快取為核心發展的全新混合式儲存設備。

簡單的說，前一種是「附加式」SSD快取，後一種則是「原生式」的SSD快取混合儲存。

可附加SSD快取的儲存設備

這類產品最早、最典型的是基於ZFS檔案系統的儲存設備，早在2008年時，ZFS檔案系統便推出了透過混合磁碟架構，利用系統內的SSD加速讀寫作業的L2ARC與ZIL功能。在此之後，任何採用ZFS檔案系統的儲存設備，便都能透過L2ARC與ZIL來提供SSD快取功能，包括Oracle本家的ZFS Storage系列、普安的EonNAS系列，以及基於著名的Nexenta儲存應用軟體的產品等等。

後來有越來越多的SAN磁碟陣列或NAS產品，也追隨提供了附加SSD快取功能，從EMC、NetApp等國際性大廠，到國內的群暉、威聯通等入門級NAS廠商，由於產品相當多，我們這裡只介紹主要的幾種。

　●EMC VNX的FAST Cache

FAST Cache是EMC在2010年8月推出，原用於搭配CLARiiON與Celerra系列的一項SSD快取功能，後來為VNX系列所繼承，可選擇使用機箱中2～42臺、總容量100GB～4.2TB的SSD，將這些SSD空間作為輔助DRAM的額外快取記憶體，從而提高快取命中率，並同時支援讀取與寫入快取。

　●EMC Isilon的SmartFlash

SmastFlash是EMC Isilon系列NAS在2014年7月，跟著新版OneFS 7.1.1版作業系統中新增SSD快取功能，在一個叢集中可支援最大1PB、由所有節點共享的SSD快取空間，只支援讀取快取。Isilon原先只使用DRAM快取時，最多只能有37TB快取容量，而在採用了SmartFlash後，便可提供多出30倍的快取記憶體空間，藉此將能大幅提高快取命中率，減少讀取底層機械硬碟的機率，而且成本只有DRAM的1/5。

　●NetApp FAS系列的Flash Cache與Flash Pool

這兩種都是搭配NetApp FAS與V系列儲存系統的Flash快取功能，都是用於輔助WAFL檔案系統DRAM快取緩衝的快取，但兩者使用的Flash裝置與快取能力均有所差異。

Flash Cache是搭配使用安裝在FAS或V系列設備控制器中的專屬PCIe介面SSD卡，目前已發展到第2代的Flash Cache 2，有512GB、1TB與2TB等3種介面卡可選，可支援FAS/V 3000/6000/8000系列。將Flash Cache介面卡安裝到控制器中以後，就能利用Flash Cache介面卡上的Flash記憶體空間，作為整個控制器的輔助讀取快取。較低階的FAS 3220可安裝2張總容量1TB的Flash Cache卡（雙控制器組態），高階的FAS 8060則能安裝4張總容量8TB的Flash Cache卡。

Flash Pool則是直接利用FAS系列磁碟櫃中的SAS介面SSD，來規畫為Flash快取空間。與依靠專屬PCIe SSD卡、且只支援讀取快取的Flash Cache相比，Flash Pool的使用門檻低了許多，可直接使用磁碟櫃中的SSD、並同時支援讀取與寫入快取，而且從最低階的FAS 2000系列到最高階的8000系列都可使用，不過Flash Pool的作用範圍是aggregates磁碟群組層級，而不像Flash Cache可涵蓋整個控制器。

低階的FAS 2220/2240可使用最多300GB的Flash Pool快取，較高階的3000/6000系列則可使用從1TB到12TB不等的Flash Pool快取。

　●國產NAS的SSD快取

目前威聯通與群暉兩家國產NAS廠商，都推出了搭配自身NAS產品的SSD快取功能。

威聯通的SSD快取是2013年中發表QTS 4.0作業系統的新增功能，為一種讀取用快取。群暉的SSD快取則是今年3月發表的DSM 5.0作業系統新增的功能，可同時支援讀取與寫入。

原生式的SSD快取混合儲存

前面介紹的附加式SSD快取，都是在已發展多年的磁碟儲存產品上額外加入的SSD快取功能，儲存系統本身還是傳統的磁碟式架構，但可利用後來新增的SSD快取來提高效能。

近來則出現了一類新產品，原生便是針對同時混用SSD與硬碟的混合架構、並將SSD作為快取使用而設計，這類新產品雖然也是將SSD作為快取來使用，但和前一種原為磁碟架構、後來才增加SSD快取的「半途出家」式產品相較，有著本質上差異：

(1) 附加式SSD快取的儲存產品，本質上仍是傳統的磁碟陣列，所提供的SSD快取功能是選購的額外功能，系統本身的運用還是基於傳統磁碟陣列架構，並不預設非得使用SSD快取不可。

(2) 原生式的SSD快取式混合架構儲存產品，SSD快取是產品的基礎核心功能，是存取運作上不可或缺的一環，整套產品就是圍繞著SSD快取機制來設計，一開始便考慮了針對SSD存取的最佳化，某些產品I/O效能甚至可直追全快閃陣列，但又兼有提供大容量、低成本的傳統硬碟空間能力。

目前這種原生式SSD快取混合儲存的供應商，大都是新創廠商，因而可擺脫舊有儲存產品架構的包袱，創造出專門針對SSD快取設計的混合式儲存，主要廠商包括Nimble Storage、Tegile、Tintri、去年Imation併購的Nexsan，以及前不久SanDisk併購的Fusion-io。

就硬體組態來看，這些廠商的產品彼此間相似度很高，不過在各自的系統軟體驅動下，有著截然不同的存取機制與特性。

　●Nimble Storage

Nimble Storage是2008年才成立的年輕公司，旗下的CS系列是典型的原生型混合陣列，整個CS系列有200、300、500與700等4個位階，只支援iSCSI協定，控制器機箱的磁碟容量範圍從8TB到36TB，其中混合搭載了最小160GB、最大3.2TB的SSD，並可透過外接擴充櫃可進一步擴充磁碟容量與Flash容量。亦可透過Scale-Out擴充將最多4組控制器組成叢集。

視機型與組態不同，CS系列內含的Flash容量大約占總容量的4%～9%不等，在Nimble的CASL（Cache Accelerated Sequential Layout）存取技術下，CS系列內含的Flash空間是作為讀取快取使用，可快取那些被頻繁寫入或第1次被讀取的資料，藉以加速讀取I/O。

至於在寫入I/O方面，CASL會透過NVRAM的緩衝區，將前端的隨機寫入I/O累積成為一個循續的資料區塊，再以Stripe的型式寫入底層磁碟群組，透過這種方式可將隨機寫入I/O轉為循序寫入I/O，從而避開了硬碟的隨機寫入瓶頸，讓硬碟發揮循序寫入的優勢。

　●Tegile

Tegile是2009年底成立、2012年才發表首款產品的新創廠商，旗下的IntelliFlash儲存陣列是當前典型的原生型混合陣列，相較於其他原生型混合陣列，Tegile的IntelliFlash一大特色是支援多協定，既可支援SAN類型的FC與iSCSI協定，亦能支援NAS類型的NFS、CIFS、SMB等協定，應用面向更廣。

IntelliFlash系列各機型的原生磁碟容量涵蓋了最小22TB、最大336TB的範圍，可搭配最小600GB、最大48TB的Flash記憶體容量，Flash記憶體占系統總容量的比重大約3%～14%，在Tegile的IntelliFlash技術下，這些Flash記憶體空間是作為輔助DRAM的第二層讀取與寫入快取空間使用，藉以加快讀取與寫入I/O。

　●Tintri

Tintri是2008年才成立的年輕公司，旗下的VMstore系列產品定位非常特殊，是專門用於VMware虛擬平臺的儲存應用伺服器，透過NFS協定掛載給vSphere主機作為Datastore空間使用。

VMstore目前含有3款機型，分別為T650、T620與T540，各機型是以大約1：10的容量比例，來混合配置SSD與傳統SATA硬碟，如T650為4.32TB SSD+45TB硬碟，T540為2.4TB SSD+24TB硬碟，T620為1.44TB SSD+18TB硬碟。

VMstore是透過Tintri的「FlashFirst」機制，來管理SSD與傳統硬碟間資料存取分配。

如同字面上的意思，FlashFirst機制的目的，是盡可能讓前端的I/O優先使用SSD空間，SSD扮演了讀取快取與寫入緩衝區角色，理想目標是讓99%的I/O需求都由SSD層來承擔。針對這樣的目標，VMstore會讓所有的寫入I/O都交由SSD層來承接，頻繁讀取的「熱」資料區塊也被快取到SSD層，至於不需要高效能的快照複本，以及很少被讀取的「冷」資料區塊，則置於機械式硬碟層。

　●Imation Nexsan

去年底被Imation併購的Nexsan，本身是1999年便已成立、有一定歷史的儲存廠商。Nexsan早期是以高密度磁碟陣列產品著稱，是最早推出頂部抽換式高密度磁碟陣列的廠商，後來在2010年時推出的E5000系列混合式NAS中，率先支援了SSD+硬碟的混合架構，可透過Nexsan專屬的FASTier存取加速技術，將SSD空間作為輔助DRAM的第二層讀取與寫入快取，藉以提高I/O效能。

後來分別在2012年與2013年推出的NST 5000與NST 6000系列，也繼承了E5000的混合架構特性與FASTier技術。比起只支援NFS與CIFS協定的E5000系列，NST 5000系列增加了支援iSCSI的能力，NST 6000又增加支援FC協定。

NST 5000可提供48TB到1.4PB的最大磁碟容量，透過FASTier技術可支援以100/200/400GB eMLC SSD構成的讀取與寫入快取，最高階的NST 5300可使用最多16臺SSD作為快取。

NST 6000系列則可支援最大2.1PB到5PB的磁碟容量，同樣也能透過FASTier技術使用SSD作為快取，不過NST 6000系列的SSD快取有兩點不同，首先是只用於讀取快取。其次是可視用戶需要選擇使用eMLC SSD或是SLC SSD作為快取，最大SSD快取容量可達9.2TB。

　●Fusion-io

剛被SanDisk併購的Fusion-io，原本是以PCIe SSD卡產品著稱，不過透過在2013年4月併購NexGen Storage，獲得了混合式儲存陣列產品線。

併購NexGen後，Fusion-io旗下新增了一條ioControl混合儲存產品線，有n5-50、n5-100、n5-150等3款雙控制器基本機型，與n5-SPX的雙伺服器與三伺服器叢集機型。整個家族的原生磁碟容量可涵蓋16TB～192TB的範圍，可支援最小730GB、最大4800GB的Flash快取。

就產品規格來看，Fusion-io的ioControl系列與Nimble的CS系列頗為類似，都是只支援iSCSI的混合式儲存陣列，不過Nimble的Flash快取使用的是一般的SAS介面2.5吋SSD，ioControl系列的Flash快取則是使用Fusion-io自身的ioMemory/ioDrive II系列PCIe SSD卡，Flash裝置的規格高出一籌，存取延遲更低，但整體擴充能力則遜於Nimble。除了獨立運作外，ioControl還有一項獨特的伺服器效能延伸（SPX）解決方案組合，可搭配Fusion-io的伺服器端PCIe SSD卡共同運作，由伺服器端PCIe SSD承擔讀取快取，ioControl上的SSD則在後端提供寫入快取。

相關報導請參考：新型態混合式陣列竄起