За флэш-накопителями (SSD) будущее: они могут обеспечивать гораздо более высокую скорость передачи данных, чем традиционные жесткие диски (HDD), и при этом становятся относительно недорогими.
Широкое распространение твердотельных накопителей может привести к значительным изменениям в центрах обработки данных и вычислительных архитектурах.
Серверы и системы хранения данных с SSD-накопителями позволяют решать самые требовательные задачи, такие как поиск в больших базах данных, онлайн-обработка транзакций, бизнес-аналитика, обработка больших данных и масштабная виртуализация.
SSD имеют все шансы существенно заменить HDD в серверах и системах хранения данных и становятся ключевым компонентом гиперконвергентных систем.
К 2020 году может появиться флешка емкостью 40 ТБ, проблема долговечности SSD практически решена.
Стирание и запись во флэш-память NAND приводит к постепенной деградации на уровне отдельных ячеек, но хотя потребительские накопители NAND рассчитаны на 3000–10 000 операций записи, современные флэш-накопители корпоративного класса выдерживают до 100 000 циклов.
Флэш-память помогает более эффективно получать доступ к данным и хранить их.
SSD-накопители все чаще используются для хранения не только «горячих», но и «холодных» данных.
Из истории жестких дисков
Жесткие диски существуют уже более 60 лет с тех пор, как IBM впервые представила их в 1956 году.Первый диск был огромным, мог хранить всего 3,75 мегабайта и стоил 300 000 долларов в сегодняшних долларах.
Дисковая система хранения данных IBM 350 1956 года выпуска.
350 Disk Storage System была основным компонентом системы IBM 305 RAMAC (метод произвольного доступа для учета и контроля).
Он состоял из 40 пластин и двойной головки чтения/записи, которая перемещала вверх и вниз стопку магнитных дисков.
С тех пор основной механизм жесткого диска и его конструкция остались неизменными, хотя и претерпели значительные усовершенствования.
Жесткий диск использует принцип намагничивания для хранения данных на вращающемся диске.
Головка чтения/записи «плавает» над магнитной поверхностью диска.
Чем выше скорость вращения, тем быстрее может работать жесткий диск.
Типичные бытовые жесткие диски сегодня работают на скорости 5400 или 7200 об/мин, а некоторые серверные накопители имеют еще более высокие скорости — 10-15 тыс.
об/мин.
Компоненты жесткого диска
Пластины жесткого диска покрыты магниточувствительным слоем, и данные записываются при движении магнитной головки по поверхности вращающегося диска.
Он быстро инвертирует намагниченность магнитных доменов, изменяя ее на 1 или 0 в двоичном коде.
Главное и, пожалуй, единственное преимущество жесткого диска сегодня в том, что он обеспечивает недорогое хранение большого объема данных – 10-12 ТБ на диск.
Плотность записи и скорость вращения HDD продолжают расти.
А если сравнить цены на обычные жесткие диски и SSD, то у твердотельных накопителей стоимость хранения единицы данных примерно в 3-5 раз выше.
Таким образом, обычные жесткие диски остаются наиболее экономичным способом хранения данных.
По данным IDC, сегодня на их долю приходится более 90% поставок накопителей корпоративного класса, но к 2025 году SSD будут составлять почти 20% поставок.
Прогноз IDC: как изменится соотношение HDD и SSD в поставках корпоративных накопителей.
Каковы наилучшие варианты использования жестких дисков?
- Дисковые массивы (NAS, RAID и т. д.), где требуется большая емкость.
- Настольные компьютеры, когда низкая стоимость является приоритетом.
- Хранение медиафайлов (фото, видео, аудио).
- Хранение резервных копий и архивных данных.
Что такое SSD?
На самом деле твердотельные накопители также имеют долгую историю.Первое полупроводниковое запоминающее устройство, совместимое с интерфейсом жесткого диска, появилось еще в 1978 году.
Это StorageTek 4305. 
Storage Technology 4305 — SSD на 45 МБ 1978 года.
Устройство StorageTek было разработано для мэйнфреймов IBM. STC 4305 был в семь раз быстрее, чем популярная в то время система жестких дисков IBM 2305. Шкаф стоил 400 000 долларов и имел пропускную способность до 1,5 МБ/с.
Современные твердотельные накопители используют энергонезависимую память NAND (от логического оператора «НЕ И»).
Флэш-память хранит данные в отдельных ячейках памяти на основе транзисторов.
Эта полупроводниковая память хранит данные даже при отсутствии питания, как жесткий диск.
Samsung SSD 850 Pro, сочетающий в себе новый контроллер MJX и 64-слойную MLC 3D V-NAND, является одним из лучших продуктов в сегменте SATA SSD.
По сравнению с жестким диском твердотельные накопители демонстрируют более высокую скорость передачи данных и плотность хранения, лучшую надежность и значительно меньшие задержки и время доступа.
Для большинства пользователей первое, что имеет значение, — это скорость SSD, с которой они могут читать и записывать данные.
Поскольку твердотельные накопители не имеют движущихся частей, они могут работать со скоростью, значительно превышающей скорость обычного жесткого диска.
А фрагментация данных не является проблемой для твердотельных накопителей.
В отличие от HDD, это не влияет на скорость SSD. И SSD, и HDD со временем изнашиваются от постоянного использования, несмотря на разные физические методы записи.
У твердотельных накопителей есть механизмы, позволяющие минимизировать этот эффект, например команда TRIM. Данные записываются во флэш-память блоками, поэтому необходимо сначала стереть существующие данные блока.
Если есть пустой блок, операция записи происходит намного быстрее.
Команда TRIM, которая должна поддерживаться как ОС, так и SSD, позволяет операционной системе сообщить диску, какие блоки больше не нужны.
Это позволяет заранее стирать блоки данных, чтобы освободить пустые блоки для последующей записи.
Плата SSD.
В целом твердотельные накопители считаются гораздо более надежными, чем жесткие диски, из-за отсутствия механических частей.
Подвижные механизмы жестких дисков не только со временем изнашиваются, но и уязвимы к механическим воздействиям.
Если уронить ноутбук с жестким диском, велика вероятность потери данных и даже смертельного физического повреждения, которое может полностью вывести из строя жесткий диск.
У твердотельных накопителей нет движущихся частей, поэтому они могут выдерживать суровые условия портативного использования.
Как лучше всего использовать SSD?
- Ноутбуки и другие портативные устройства, для которых желательны такие характеристики, как легкий вес, высокая плотность хранения, ударопрочность и общая долговечность.
- Загрузочные диски, содержащие операционную систему и приложения, что ускорит загрузку и запуск приложений.
- Хранение отредактированных рабочих файлов.
- Кэш-память.
- Серверное хранилище базы данных.
- Обновление старой системы.
Замена загрузочного диска на SSD.
SSD против HDD
Давайте рассмотрим основные отличия жестких дисков от твердотельных накопителей:| жесткий диск | твердотельный накопитель | |
|---|---|---|
| Цена | 0,03 долл.
США/ГБ (модели на 4 ТБ) |
0,20–0,30 доллара США/ГБ (для моделей емкостью 1 ТБ) |
| Емкость | Обычно 0,5–2 ТБ для ноутбуков, до 10 ТБ для ПК.
|
Обычно не более 1 ТБ для ноутбуков и до 4 ТБ для ПК.
|
| Среднее время загрузки ОС | 30-40 секунд | 8-13 сек.
|
| Шум | Шум от перемещения стержня головками и вращения диска | Нет движущихся частей – нет шума |
| Вибрация | Вращение диска иногда сопровождается вибрацией.
|
Нет движущихся частей – нет вибрации.
|
| Рассеивание тепла | HDD не выделяет много тепла, но нагревается значительно сильнее, чем SSD без движущихся частей, и потребляет больше электроэнергии.
|
Низкое энергопотребление и отсутствие движущихся частей приводят к низкому выделению тепла.
|
| Коэффициент времени между отказами (MTBF) | 1,5 миллиона часов | 2 миллиона часов |
| Скорость записи при копировании файлов | 50–120 МБ/с | В последних моделях – 200-550 МБ/с.
|
| Шифрование | Некоторые модели поддерживают полное шифрование — Full Disk Encryption (FDE).
|
Некоторые модели поддерживают полное шифрование.
|
| Скорость открытия файлов | Медленный SSD | Жесткий диск до 30 % быстрее |
| Влияние магнитных полей | Можно стереть данные | SSD не подвержены влиянию магнитных полей |
| Сила | Уязвимость к физическим атакам | Устойчивость к ударам и вибрации |
| Параметр | твердотельный накопитель | Жесткий диск SAS 10–15 об/мин |
| Время доступа, мс | 0,1 | 5,5-8 |
| Производительность произвольного доступа (IOPS) | 6000 | 400 |
| Надежность (частота отказов) | 0,5% | 2-5% |
| Эпотребление энергии, Вт | 2-5 | 6-15 |
| ?Энергопотребление процессора (средняя задержка ввода-вывода) | 1% | 7% |
| Резервное копирование (часы) | 6 | 20-24 |
| Интерфейс | Описание |
| SATA (последовательное дополнение передовых технологий) | Общий интерфейс, позволяющий обмениваться данными с HDD и SSD. SSD-накопители SATA отлично подходят для домашнего использования: они, как правило, дешевле, но работают на более низких скоростях и имеют меньшую выносливость записи.
|
| SAS (последовательный SCSI) | Диски SAS часто используются в RAID-массивах, серверах и центрах обработки данных.
Этот тип интерфейса также подходит для HDD и SSD. SAS имеет более высокую производительность операций ввода-вывода в секунду по сравнению с SATA, что означает, что он может быстрее читать и записывать данные. Это делает SAS оптимальным выбором для систем, которым требуется высокая производительность. SAS является избыточным и специально разработан для сред, где хранилище используется постоянно.
|
| PCIe (экспресс-соединение периферийных компонентов) | Высокопроизводительный интерфейс последовательной шины, который поддерживает значительно более высокие скорости передачи данных, чем интерфейсы SATA или SAS, поскольку для передачи данных доступно больше каналов.
|
| NVMe (энергонезависимая память Express) | В отличие от SAS и SATA, протокол NVMe изначально разрабатывался специально для твердотельных накопителей.
Он используется для высокоскоростного подключения флешки по шине PCI Express. |
| NVMe over Fabric, включая NVMe over Ethernet | Позволяет подключать серверы к системам хранения с низкой задержкой и тем самым конкурирует за место Fibre Channel. |
Интерфейс PCIe используется в центрах обработки данных, в RAID-системах, повышая общую производительность и поддерживая новые жесткие диски большей емкости.
Интерфейсы SAS и SATA разрабатывались для HDD, поэтому для подключения флешек они не оптимальны.
Предпочтительным интерфейсом последнего является комбинация шины PCIe с NVMe. PCIe реализует физический интерфейс, а NVMe — протокол управления флэш-памятью.
SATA существенно ограничивает пропускную способность и добавляет дополнительные задержки, поэтому производители современных продуктов переходят на NVMe и постепенно отказываются от дальнейшего развития линейки SATA. Однако диски SATA по-прежнему обладают большой емкостью и конкурируют с жесткими дисками в задачах, требующих хранения больших объемов данных.
IDC прогнозирует заметное снижение доли SATA-флешек в производственных единицах.
NVMe обеспечивает высокопроизводительную флэш-память внутри серверов.
Что касается внешних систем хранения, NVMe over Fabric помогает преодолевать узкие места в сети хранения данных — передавая команды NVMe по сетям Ethernet, Infiniband и Fibre Channel.
Технология 3D-флэш-памяти
Технология флэш-памяти 3D NAND (V-NAND) преодолевает ограничения плоской конструкции за счет расположения ячеек друг на друге.Он также использует вспышку с ловушкой заряда (CTF) вместо традиционных МОП-транзисторов с плавающим затвором.
В 2015 году Intel и Micron анонсировали память 3D XPoint. Он имеет лучшую производительность и долговечность, чем NAND, и занимает промежуточное положение между DRAM и NAND. Ожидается, что этот тип памяти с фазовым изменением (PCM) снизит затраты за счет замены части оперативной памяти, а также повысит производительность твердотельных накопителей NAND. Технология 3D XPoint обеспечивает до 10 раз большую производительность по сравнению с «обычной» NAND и до 1000 раз долговечнее — выдерживает более миллиона циклов записи.
Низкая задержка 3D XPoint (в 1000 раз ниже, чем у дисков NAND) позволяет использовать его для рабочих нагрузок с интенсивным вводом-выводом, таких как системы обработки транзакций.
Последние версии 3D NAND содержат до 72 слоев памяти, а производители уже разрабатывают продукты с более чем 96 слоями.
Объединение разных типов накопителей и результирующая задержка в миллисекундах (по данным Intel).
Кроме того, ожидается, что 3-битные ячейки (TLC) NAND будут заменены 4-битными ячейками (QLC).
Это позволит увеличить плотность памяти и снизить ее стоимость.
В прошлом году Toshiba объявила о создании флэш-памяти BiCS FLASH, способной хранить четыре бита в одной ячейке (QLC), что позволяет увеличить емкость по сравнению с памятью TLC NAND. В такой микросхеме объемной компоновки имеется 64 слоя ячеек QLC NAND. 16 чипов QLC 3D NAND в одном корпусе обеспечивают накопитель емкостью 1,5 ТБ.
SSD+HDD
Использование SSD для «горячих» и HDD для «холодных» данных в сочетании с механизмами автоматического перемещения их по уровням хранения (tiring) повышает эффективность ИТ-инфраструктуры ЦОД.Кэширование можно использовать для ускорения доступа к данным, что влияет на общую производительность системы.
При большом количестве накопителей использование SSD в дата-центре существенно снижает счета за электроэнергию.
SSD-накопители дополняют жесткие диски и могут оптимизировать производительность и стоимость хранилища при использовании алгоритмов автоматического размещения данных (источник: IBM).
Справа показана нормированная производительность, а ниже — варианты размещения данных (от «все на HDD» до «все на SSD»).
SSD-хостинг
В условиях быстрого роста объемов данных хорошим решением становится облачное хранилище.Использование в них SSD-накопителей позволяет провайдеру гарантировать SLA по IOPS. Набирает популярность SSD-хостинг — виртуальный хостинг с использованием массива твердотельных накопителей.
VPS созданы на высокопроизводительных аппаратных RAID-10 массивах быстрых SSD. Хостинг-серверы обычно используют SSD с высокой производительностью, функциями защиты данных и большим ресурсом перезаписи.
Это позволяет утроить скорость чтения/записи, читать блоки размером 512 КБ в 10 раз быстрее, блоки размером 4 КБ — в 50 раз быстрее, а производительность IOPS увеличивается еще в 400 раз.
Максимальная скорость и производительность SSD указаны для хостинга интернет-магазинов и других сайтов, использующих базы данных.
Хостинг на SSD и HDD: скорость, производительность IOPS, задержка.
Твердотельные накопители позволяют веб-сайтам работать.
Высокую скорость оценят как пользователи, так и поисковые системы.
Последние учитывают в своих рейтингах параметры загрузки страниц.
В ближайшие годы жесткие диски останутся наиболее экономичным решением для хранения данных.
К 2020 году их мощность может увеличиться в 10–20 раз.
Но если прогресс в разработке твердотельных накопителей продолжится нынешними темпами, то через несколько лет жесткие диски столкнутся с жесткой конкуренцией, особенно если цены на твердотельные накопители значительно упадут. Твердотельной памяти найдется место в центрах обработки данных.
Растущие объемы транзакций, облачные вычисления, анализ больших данных и рабочие нагрузки нового поколения потребуют более высокой производительности.
SSD-накопители будут использоваться для потокового хранения данных, пакетной обработки, задач аналитики, систем управления базами данных и многих других приложений, вытесняя жесткие диски.
Теги: #ssd #Хранение данных #Хостинг #Хранение данных #HDD #ssd хостинг
-
Медная Промышленность
19 Oct, 24 -
Референдум Викимедиа 2011 Г.
19 Oct, 24 -
Денди: Новая Реальность. Журнал
19 Oct, 24 -
Определение Времени Разработки Сайта
19 Oct, 24
