Arkologic NetApp 快閃記憶體 Flash 固態硬碟 SSD EMC 儲存

改進價位與可靠度 SSD儲存設備嶄露頭角

2013-06-24
由於各大儲存廠商紛紛透過併購或自行設計企業級快閃記憶體控制器,來積極改善固態硬碟的耐用性、效能以及容量,固態硬碟在企業市場的表現或許即將改觀,再加上雲端、虛擬化、行動裝置的應用更見廣泛,企業對於儲存效能要求也日漸提升,固態硬碟不再只是儲存系統單純的支援項目之一,取而代之的是更完整的固態儲存產品策略或解決方案。
資訊系統的效能往往攸關回應速度與競爭力,企業需要更快速的存取方案,以因應業務需求。因此,多年前企業儲存便已經開始興起快閃記憶體(Flash)的應用,紛紛在中高階的儲存設備內建或支援固態硬碟(Solid State Disk,SSD)。以資料生命周期的概念設計,由這些固態硬碟扮演Tier-0的Cache角色,來強化資料存取速度,再搭配SAS以及SATA硬碟,就能以較低的總體預算成本,組成容量相同但IOPS(Input/Output Operations Per Second)高上數倍的儲存環境。

儘管企業端Flash的應用在多年前就有儲存業者發起,例如EMC在2008年便宣布將快閃記憶體儲存裝置導入至旗下的儲存系統之中,而且隨後也有不少儲存業者跟進,但多年下來,企業部署固態硬碟仍僅止於少量應用,日立數據系統(HDS)副總裁暨技術長Hubert Yoshida分析原因指出,相較於傳統硬碟,使用快閃記憶體的固態硬碟價格仍然偏高,而且耐用性較低,因而導致企業使用SSD的狀況並不踴躍,多半僅只有少量的配置。

全固態儲存設備推出

不過,由於各大儲存廠商紛紛透過併購或自行設計企業級快閃記憶體控制器,來積極改善固態硬碟的耐用性、效能以及容量,固態硬碟在企業市場的表現或許即將改觀,再加上雲端、虛擬化、行動裝置的應用更見廣泛,企業對於儲存效能要求也日漸提升,固態硬碟不再只是儲存系統單純的支援項目之一,取而代之的是更完整的固態儲存產品策略或解決方案。

▲NetApp系統技術暨專業服務事業部資深技術顧問陳勇維指出,隨著SSD技術成熟,成本也逐漸下降,All-flash Array變得更為可行。
2013年新春,NetApp便推出全固態硬碟的Flash Array(快閃記憶體儲存陣列)EF540,並針對新一代企業級基礎架構的FlashRay產品發表技術預覽。EMC也在收購私人控股的以色列快閃記憶體品製造商XtremIO之後,預計在今年第三季推出All-flash Array的儲存設備。在台灣儲存業界算是新面孔的Arkologic公司,近期也計劃發表全固態硬碟設計的NAS設備。

NetApp系統技術暨專業服務事業部資深技術顧問陳勇維分析,早期儲存設備之所以必須與硬碟混合運用,成本是很重要的考量,當時SSD固態硬碟成本高昂,光是一顆100GB的SSD就可能是十幾顆硬碟加總起來的成本,但隨著SSD技術成熟,成本也逐漸下降,All-flash Array才變得可行。

技術突破壽命限制

Arkologic大中國系統工程處處長吳銘哲則認為,以往固態硬碟之所以只能在儲存設備內成為配角,無法大量部署,原因除了居高不下的成本費用之外,快閃記憶體本身讀寫壽命的缺點也是一項很重要的因素,簡單來說,當某一區塊(block)被覆寫多次,超過其限制時,就算其他區塊未被覆寫,也會影響到固態硬碟的壽命。

「但是,透過IT技術,這些缺點已經被克服了,以Arkologic來說,為了避免單一block被覆寫多次的現象發生,我們特別自行研發了固態硬碟的控制晶片,另外在UnityOS中的管理軟體,也針對系統抹寫進行優化,例如Wear Leveling技術就可以避免特定的block被存取過度,而導致SSD使用壽命降低。」他表示,Arkologic目前不僅可以做到讓單顆固態硬碟資料平均抹寫,也能達到全設備內的每顆固態硬碟都能平均抹寫,進而提高耐用性。


▲Arkologic SMA A8012可外接JBOD來擴充儲存容量。(資料來源:Arkologic)

另外,在空間的使用上,Arkologic採用TRIM技術,針對SSD的讀寫進行優化,操作系統會通知SSD有那一個block不再使用,然後進行刪除,以便釋放出閒置空間,「Arkologic也內建24位元錯誤校正碼(Error Correction Code,ECC)功能,能確保資料讀寫正確無誤,提供可靠穩定的資料傳輸。」吳銘哲提到,這些功能都是為了延長系統壽命而做的設計與改良。

MLC具成本優勢

企業需要穩健運作的基礎架構,但同時對成本也需精準掌控。HGST指出,企業級的SSD固態硬碟類型可依快閃記憶體的規格以及介面來區隔,以耐用性來看,目前企業級的快閃記憶體仍以SLC(Single- Level Cell)及MLC(Multi-Level Cell)晶片為主,而主流的介面則包括SAS、Fiber Channel以及PCIe三種。

根據暸解,SLC的讀寫壽命遠比MLC要來得好很多,但成本價格也較為昂貴,因此多半會傾向採用MLC晶片,但為了符合企業可靠度與耐用性的要求,於是業界也發展出eMLC的規格。

HGST解釋,MLC與eMLC均採用同樣嚴格的製程,但eMLC是從眾多MLC晶片中挑選出前20%的頂級晶片,因此不管是在耐受溫度上(MLC僅耐受40℃,而eMLC可耐受到55℃)、使用時間(MLC為8小時,而eMLC可24小時不間斷運作)以及錯誤率,都要比MLC晶片兼具優勢,不過,現階段MLC與eMLC的稱謂並沒有明顯區分,大部分還是統一以MLC來表示。

觀察NetApp日前推出的Flash array EF540以及Arkologic SMA 8000HA的產品規格,兩者同時都採用MLC快閃記憶體晶片來降低購置成本,提供企業更具吸引力的總體擁有成本(TCO)。吳銘哲強調,過去許多企業對於Flash的認知就是不堪用,但其實並非如此,MLC Flash平均可以接受五千次到一萬次的讀寫,「舉個極端一點的案例,假設企業採購了一台100TB的儲存設備,每天的資料更動也達到100TB,也就是說每一筆資料每天都會被更動一次,那麼一年下來也更動了三百六十五次,十年才三千六百五十次,而MLC Flash平均可以接受五千次到一萬次的讀寫,換言之至少堪用十年都沒有問題。」他說。

鎖定高速需求用戶

以固態儲存為主的儲存產品,目前業者主要鎖定虛擬環境、資料倉儲、EDA(電子設計自動化)、資料庫等對於效能有高度需求的用戶,這些應用需要更高的效能與傳輸速度,而傳統的儲存設備仍嫌太慢,若善用Flash的優勢,可以加速企業競爭力。

NetApp系統技術暨專業服務事業部資深技術顧問陳勇維指出,EF540專為以效能為導向的應用程式所量身打造,在具備容錯能力的架構中,提供每秒超過 300,000次輸入及輸出(IOPS)且延遲低於毫秒的高可用度。透過減少空間使用率、電力及冷卻需求,避免儲存資源過度配置,進而大幅降低成本。如此一來,業務關鍵資料庫應用程式的執行速度可望較傳統儲存環境快500%,提供更即時的回應與企業級的可靠度。


▲NetApp EF540專為以效能為導向的應用程式所量身打造,在具備容錯能力的架構中,提供每秒超過300,000次輸入及輸出(IOPS)且延遲低於毫秒的高可用度。(資料來源:NetApp)

從規格面來看,EF540快閃記憶體陣列機身為2U高度,內搭載雙主動控制器,電源供應器以及冷卻風扇均有備援機制,最高可搭載24顆2.5吋800GB SSD固態硬碟,總容量為19.2TB。這款產品內建SANtricity作業系統,可設定RAID 0、1、3、5、6與10,同時支援iSCSI、Fiber Channel、SAS以及InfiniBand。

陳勇維提到,NetApp運用快閃記憶體已有完整藍圖,除了EF540快閃記憶體陣列之外,正研發專門建置的All-flash儲存架構,未來將發表FlashRay儲存設備,除了納入Data ONTAP,也會提供高階功能,例如虛擬化平台的整合、快照(Snapshot)以及重複資料刪除技術等等,提供兼具一致性、低延遲效能、高可用度且可擴充的資料保護方案。

而同樣都是2U機身,Arkologic SMA A8012則是一款NAS儲存設備,內搭載24顆2.5吋512GB SSD固態硬碟,電源具有備援機制,可外接JBOD來擴充儲存容量,最高可到192TB。除了UnityOS作業系統之外,RAID-AS可允許在同一儲存池中配置多種RAID方案,同時也內建快照(Snapshot)、Clone、Replication、備份以及重複資料刪除技術。


▲Arkologic統一儲存架構,同時支援NFS與CIFS。(資料來源:Arkologic)

網路效能也要跟上

SSD儲存設備善用快閃記憶體的強項,提供高速IOPS效能,然而空有一台性能超強的跑車,倘若駕駛在一般限速40公里的道路上,這台跑車恐怕也只能展現出40公里的能力,同樣的道理,企業在導入這類SSD儲存設備時,必須同時也留意網路效能是否足夠,例如Arkologic SMA A8012基本規格就是10GbE網路埠,而EF540基本的I/O埠為8Gb FC,擴展選項包括10Gb iSCSI以及40Gb的InfiniBand。換句話說,要讓SSD儲存設備展現出完整的能力,企業網路勢必要升級才行。

關於這一點陳勇維並不擔心,他提到,不少企業已經意識到網路的重要性,甚至有部分企業已經慢慢的在測試FCoE(Fibre Channel over Ethernet)環境,「企業內部關鍵應用愈來愈強調效能與反應時間,這需要多重條件的配合,除了儲存設備本身,網路自然也不可缺席。」


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