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以往,完全以Flash快閃記憶體組成的全快閃儲存陣列(All Flash Array),只有一個單純任務——提供擁有最高I/O效能的儲存空間。

因此全快閃儲存陣列供應商們的競爭焦點,也放在效能上,競相以提供更高的IOPS效能為目標,對其他面向的需求著墨不多。

由於定位於「高I/O應用專用」,加上高昂的成本,早期的全快閃儲存陣列既無須講求擴充性、支援的存取介面十分單一,資料服務功能大多也很貧乏。

但現今的情況已經有了改變。觀察過去1、2年來的全快閃儲存陣列產品發展,可以發現發生了顯著變化。

隨著NAND Flash記憶體成本的持續降低,讓更多用戶能夠接受Flash儲存設備的價格,全快閃儲存陣列的應用範圍也隨著逐步擴大,在不同的應用情境下,I/O效能已不是唯一的目標,還需兼顧其他方面的需求,如彈性的擴充升級能力,多樣化的傳輸介面支援等等。

另一方面,憑藉著高效能,全快閃儲存陣列逐漸替代傳統高階磁碟陣列的角色,承擔企業關鍵應用服務的存取需求。但全快閃儲存陣列若要走出過往「高I/O應用專用」的狹窄定位,真正擔負起高階儲存系統的角色,就不能只單純地提供高I/O效能,還需提供充分的擴充能力、符合高階應用需求的高可用性、必要的資料保護與災難備援機制,以及各式各樣資料服務功能。

開始講求高容量應用,儲存密度迭創新高

過去全快閃儲存陣列只被用在需要高I/O效能的少數應用上,只需提供幾TB容量就已綽綽有餘,事實上,由於早期的Flash記憶體成本十分高昂,更高容量所帶來的高成本,也難以為用戶接受。

不過隨著半導體製程技術的持續突破,與Flash記憶體產能的擴大,Flash記憶體的單位成本已有了大幅度的降低,不僅讓更多的用戶與更多型態的應用,也用得起全快閃儲存陣列這樣的產品,還出現了訴求大容量應用的產品,結合更高儲存密度的Flash元件,連帶也讓全快閃儲存陣列的容量密度迭創新高。

在不久的4、5年前,當時的全快閃儲存陣列,大多只提供單一機箱最大5TB、甚至更低的容量,現在的全快閃儲存陣列主流產品的容量,已經提高到單一機箱40~70TB等級,透過串接多組機箱,還能在一個機櫃中組成100TB甚至500TB等級的容量。

以市場上幾個領導品牌的產品為例,EMC XtremIO的一個X-Brick單元最大容量達40TB,可結合8個X-Brick單元將容量提高到320TB;Pure Storage的FA-400系列搭配擴充櫃,可提供最大70TB原生容量,新的FlashArray//m系列提供的原生容量,進一步增加到136TB;IBM FlashSystem 900最大容量為57TB,搭配SVC控制器組成的FlashSystem V9000最大容量達456TB;NetApp最新推出的EF560可在2U機箱內提供38.4TB容量,搭配擴充櫃可組成最大192TB容量的系統。

另外,市面上還出現了一些特別講求高容量密度的機型,可以在3U不到的機箱內,提供高達500TB容量,容量密度甚至還超過磁碟類型儲存陣列。

在2014年以前,全快閃儲存陣列的儲存密度王者應該是Skyera(已併入WD旗下)在2012年8月發表的SkyHawk,1U高度機箱可提供44TB容量,比同時期的其他全快閃陣列的儲存密度高了5倍以上,即使是3年後的現在,也少有全快閃陣列產品能有這樣高的儲存密度。

後來Skyera在2014年10月發表的新款SkyHawk,又將儲存密度提高到1U/136TB的層次,是當前主流全快閃陣列的5倍以上。但Skyera新款SkyHawk的容量密度紀錄維持了不到半年,便為SanDisk的產品打破——SanDisk在今年3月發表的InfiniFlash,可在3U高度內提供512TB容量,平均每1U空間的容量達到170TB,1組機箱的容量就抵得上其他產品一整個機櫃的容量。

更大容量、或更高儲存密度的全快閃儲存陣列,意義不僅止於可支援更大規模的應用,更重要的是,結合即時重複資料刪除與壓縮技術,進一步可用儲存容量提高數倍,從而將全快閃儲存陣列的單位容量成本,降到和傳統磁碟陣列相當、甚至更低的程度。

採用更具成本效益的Flash記憶體

早從3、4年前起,全快閃儲存陣列供應商便陸續捨棄了成本高昂的SLC Flash顆粒,開始在產品上採用便宜許多的MLC Flash晶片,到了現在,幾乎已經沒有使用SLC Flash的全快閃儲存陣列。

在MLC幾乎一統全快閃儲存陣列儲存元件的現在,為了區隔產品,有些廠商(如EMC XtremIO)會強調他們使用的是企業級的eMLC,擁有比一般MLC更佳的資料完整性與耐久性。

不過近來有越來越多全快閃儲存陣列供應商使用了消費級的cMLC Flash顆粒(如Pure Storage、SolidFire與HP等),認為應透過儲存系統層級的存取機制,來解決Flash模組的效能與可靠性問題,而非透過選用等級更高、但成本也更高的Flash顆粒來改善Flash模組可靠性。例如由儲存陣列系統、而非Flash模組來執行garbage collection,或是採用可改善寫入作業的日誌結構等,不僅可以迴避cMLC效能與可靠性較差的問題,還能藉此降低儲存介質成本。

依循這樣的思路,一些全快閃儲存陣列供應商(如Violin)瞄準了儲存密度更高、採用3D堆疊技術的新一代Flash晶片,如3D TLC、3D QLC等,這些形式的Flash晶片儲存密度更高、單位容量成本也更低,雖然耐久性要比MLC更低了一個層次,但只要儲存陣列存取機制有相對應的考量,TLC與QLC也足堪企業儲存使用。

更加重視擴充能力

以往由於Flash記憶體成本高昂,小規模的全快閃儲存陣列成本就已相當驚人,用戶負擔不起太大規模的全快閃儲存陣列應用,連帶地全快閃儲存陣列也幾乎不需要考慮擴充性,單一機箱就能滿足用戶需求。所以一些問世較早(2010年以前)的全快閃儲存陣列產品(如TMS與Violin),基本上都欠缺擴充能力,效能與容量都局限在一個機箱內,既不提供外接,更沒有連接更多控制器的Scale-Out擴充性。若原有儲存陣列的容量不敷使用、或效能不足,便須更換使用容量更大、效能更高的儲存陣列款式。

不過隨著全快閃陣列應用範圍的擴大,擴充性已經成為這類產品的一項基本需求,才能更有效地應付不同應用情境的需求,當前主流全快閃儲存陣列大多提供了一定程度的擴充性,可提供從數TB到上百TB的容量組態,以及從數十萬IOPS到上百萬IOPS的效能構型。

就連一些本身不提供擴充能力的全快閃儲存陣列,廠商也推出了搭配獨立儲存控制器的組合方案,讓這些儲存陣列擁有必要的擴充能力(如IBM FlashSystem V系列、Violin Memory早先的Concerto 7000與目前的7700系列)。

如同傳統磁碟陣列,全快閃儲存陣列的擴充性也可區分為Scale-Up與Scale-Out兩種類型,較常見的是Scale-Up型式的擴充能力,也就是為原有系統的控制器串接額外擴充儲存櫃來增加容量,或是以新控制器替換掉原有控制器來提高效能,如NetApp的EF系列、Pure Storage FlashArray家族等。

一些產品採用了Scale-Out的組態(如EMC XtremIO、Solidfire SF系列等),每組機箱都是含有控制器與Flash模組的完整單元,透過堆疊多組機箱,便能同步地擴展儲存容量與I/O效能。

另一些產品則提供了Scale-Up+Scale-Out的雙重擴充能力,更靈活地因應不同型式的擴充需求——當用戶只單純更大儲存空間時,可選擇外接儲存櫃獲得更多的儲存空間;當用戶需要更高的I/O效能時,則可堆疊更多控制器節點,組成更大規模的儲存陣列叢集,藉此獲得更高的I/O效能。Cisco UCS Invicta(前Whiptail的產品)、HP 3PAR Storeserv 7450與Kaminario的K2系列等產品,都具備了這種Scale-Up+Scale-Out雙重擴充能力。

進階軟體服務功能漸趨完善

依循擴大應用範圍的發展路線,全快閃儲存陣列若要跨出「高I/O專用」的狹窄應用範圍、承擔更通用性的存取任務,提供完整的高可用性,並支援各式各樣軟體功能與資料服務,將是必備的要求。

高可用性是企業級儲存設備必不可少的特性,硬體機構與系統設計必須盡可能避免單點故障導致存取服務停擺;至於企業級儲存設備必備的軟體功能,則大致可分為這幾類:

(1)   資料保護類型的資料服務,如快照、Clone、遠端複製與加密等。

(2)   支援特定應用平臺的存取機制,如微軟VSS、VMware VAAI等。

(3)   資料縮減技術:重複資料刪除與即時壓縮。

對全快閃儲存陣列來說,資料縮減功能尤為重要,透過重複資料刪除與壓縮,可讓容量有限的Flash記憶體,發揮比帳面容量規格高出數倍的空間效益,形同具有降低單位容量成本的效果。

由於應用面向較窄,早期的全快閃儲存陣列產品在軟體功能上大多乏善可陳,甚至完全不考慮提供資料服務功能。然而這幾年來的情況已經大為不同,全新開發的新款全快閃儲存陣列產品,都以提供完整資料服務為訴求;至於從傳統磁碟陣列產品衍生而成的全快閃儲存陣列,亦有可直接沿用傳統磁碟陣列軟體功能的先天優勢,就連過去不重視資料服務的一些專屬硬體規格全快閃儲存陣列,也大幅強化了軟體功能。

如IBM將FlashSystem與SVC控制器組合為FlashSystem V系列,以便透過SVC來提供必要的資料服務,Violin Memory亦在不久前發表的新款7000系列產品上,移植了原先必須透過外接控制器才能取得的資料服務功能。

從「高I/O專用系統」轉型為「高效能通用儲存系統」

隨著儲存容量與儲存密度的持續提高、擴充性的改善,以及資料服務的逐步完善,當前的全快閃儲存陣列逐步脫離過往「高I/O環境專用」角色,開始承擔更多樣化的應用。如同SSD取代高轉速硬碟的趨勢,可以預期,當Flash記憶體成本降低到與傳統磁碟同一層級——差距不再是以十倍、數十倍計算,而只有數倍以內差距時,全快閃儲存陣列便有望全面取代現有的高階磁碟陣列產品,讓企業儲存應用進入新時代。

 

主要全快閃儲存陣列擴充能力對比(以原生容量為基準)

全快閃儲存陣列儲存密度排行(以原生容量為基準)

 

通用硬體型產品取得全快閃陣列市占優勢

 

全快閃儲存陣列可分為3種類型:

(1)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、與Skyera的產品屬於這個類型。

(2)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。

(3)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。

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,單就官方公布的I/O效能規格來看,專屬硬體式產品的延遲似乎略有優勢,至於IOPS效能則三種類型產品都能達到數十萬到上百萬IOPS的水準。軟體功能則是以傳統磁碟陣列SSD衍生版最為豐富,通用硬體式產品的軟體功能亦逐漸完整。

整體而言,三種產品類型各具特性,沒有一定的好壞,不過經過幾年發展下來,我們發現通用硬體類型產品在全快閃儲存陣列市場上已居於絕對優勢地位。

依據Gartner今年5月發表的2014年全球全快閃儲存陣列營收調查,營收額度超過5,000萬美元、銷售額居於前8名的廠商中,有4家的產品屬於通用硬體類型(EMC、Pure Storage、SolidFire與Kaminario),合計的營收額占總份額的57.7%;2家廠商屬於專屬硬體類型(IBM與Violin Memory),合計占20.7%份額;另2家屬於傳統磁碟陣列衍生型(NetApp與HP),合計占14.9%。

也就是說,通用硬體類型產品已經居於占有近6成全快閃儲存陣列市場的絕對優勢,而且優勢還在擴大中。

我們可從幾個面向解讀這結果:

⑴通用硬體型產品陣營,有身為儲存界龍頭、擅長銷售高階產品的EMC,有助於拉高整個類型的營收額。

不過從另一方面來看,通路、銷售與服務能力,固然是高階儲存設備營收的關鍵要素,因此業界大廠具有先天優勢。不過這個理由不能解釋幾家新創廠商的成功,尤其是Pure Storage,身為新創廠商的Pure Storage,卻取得了僅次於EMC的成績,勝過許多一線大廠。類似的,同屬新創廠商的SolidFire與Kaminario,成績也勝過沒有進入Garther排行榜的幾家大廠(如Cisco與Dell)。

因此,必須加上這幾個因素,才能完整解讀當前的市場生態。

⑵ 除了效能以外,這幾家新創廠商產品的可靠性與服務,也都受到用戶的肯定。

⑶ 用戶被通用硬體類型產品供應商的訴求所說服。通用硬體型全快閃儲存陣列是一種「軟體決勝」的產品,硬體元件都是取自市售標準規格的伺服器元件,控制器就是一般的x86伺服器,Flash儲存裝置是標準規格的SAS或SATA SSD,儲存櫃也是一般的JBOD外接儲存櫃,沒有特殊之處,完全依靠系統軟體來實現各式各樣的存取服務。

所以這類供應商也是訴求應優先重視軟體與存取機制的設計,憑藉專門針對Flash存取設計的軟體架構,搭配通用規格的硬體元件,便能實現全快閃儲存陣列的效能與可靠性,還可藉由採用通用硬體而得到降低成本、利於迅速更新的優勢。

儘管其他類型的供應商,對於通用硬體式全快閃陣列的架構設計不以為然,但從銷售結果來看,用戶顯然已經接受了這種做法。至於這種通用硬體式占優的局面,是長期趨勢,或是一時的潮流,還有待觀察。

 


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