Ssd для корпоративных систем что это такое

Обновлено: 15.01.2025

Раньше твердотельные накопители недооценивали. Низкая надежность, высокая стоимость, недостаток объема. Соответственно, чаще использовались жесткие диски и массивы RAID разной степени сложности для получения более высокой скорости и увеличения надежности. Сейчас ситуация заметно изменилась, потому флеш-память становится все более распространенной. В персональных компьютерах уже главный совет — установка SSD. Но в корпоративном сегменте все заметно сложнее и требуются более гибкие решения. Впрочем, флеш-память используется здесь все чаще. На 2020 год прогнозируемое количество твердотельных накопителей в серверном сегменте будет составлять более 30% в расчете на объем. И продолжит расти. Так что, самое время поговорить о SSD для сервера.

Упор на производительность

Дисковая подсистема, даже построенная с помощью RAID-массивов, низменно является бутылочным горлышком системы. HDD медлительны, несмотря на значительный рост объемов, скорость накопителей за многие годы практически не выросла. Соответственно, использовать для кеширования данных, быстрой разверстки виртуальных машин и в системах с преобладанием случайных обращений становится затруднительно. Использование RAID для увеличения скорости тоже не дает серьезных результатов. Потому использование SSD в серверах стало неизбежностью.

Благодаря флеш-памяти обладатели серверного оборудования наконец-то смогли вздохнуть спокойно, ибо стало проще разворачивать производительные дисковые подсистемы, которые стали довольно надежными, позволяют работать со случайными обращениями и не являются бутылочным горлышком в платформе. Современные SSD постепенно начали превосходить HDD во всем.

HDD на текущий момент годятся только в качестве хранилищ или в системах, где скорость дисковой подсистемы не особо принципиальна. Но даже в таких серверах предпочитают операционную систему и основные приложения размещать на твердотельных накопителях, в противном случае загрузка будет занимать вечность, а запуск любого приложения отправит сотрудника на перекур.

Конечно, SSD для сервера могут заметно ускорить работу системы, но цена все еще заметно выше, чем у жестких дисков, так что вложения до сих пор существенны. Потому, поговорим о проблемах выбора.

Какой SSD для сервера выбрать ?

Solid-state drive – запоминающее устройств о на основе флеш-памяти. Существуют разные типы, например, основанные на разны х метод ах соединения ячеек:

NOR – двумерная матрица проводников, с одн им звеном на пересечении;

NAND – двумерная матрица проводников просто транзистор заменен на столбец из последовательно размещенных ячеек.

В современных «резервуарах памяти» чаще используется второй вариант, ведь он более хорош во многих смыслах:

большая плотность записи;

стирание памяти в блоках производится сразу, в NOR сначала требуется обнулить все байты блока;

NAND в 2020 году применять целесообразнее. NOR-SSD на рынке сейчас не видно, нет даже в планах, так что лучше вести повествование о актуальном направлении.

Итак, стоит посмотреть на существующие классические типы NAND (3D NAND рассмотрим позже):

Тип флеш-памяти

SLC

MLC

TLC

QLC

1500 и более μs

TDW – количество циклов записи/стирания ячейки памяти, через указанное количество циклов звено с высокой вероятностью «умирает»;

все значения времени указаны для одной ячейки. μs – микросекунды, ms — миллисекунды.

Так-с, теперь пришло время поговорить о каждом типе отдельно.

Имеет один бит на ячейку, что снижает нагрузку на нее, соответственно, звено живет значительно дольше. К тому же, благодаря одноуровневой структуре снижены задержи и выше скорость чтения/записи.

Наверное, поняли, что самый лучший вид NAND- memory . Надежный, производительный. Ожидаемо, самый дорогой. Стоимость может превышать цену «младших» собратьев разы.

Например, накопитель Transcend 500TS64GSSD500 построен на SLC. Стоимость за 64 ГБ составит примерно 45 000 рублей. Недешево. Так что даже в серверах увидеть можно редко. Есть более удобные альтернативы, практически ничем не уступающие. К тому же, низкая плотность записи даст о себе знать. Здесь приходится выделить каждый бит на отдельный элемент, соответственно, физический размер устройства будет расти с количеством оных. Соответственно, при больших объемах памяти в сочетании с компактностью говорить не приходится.

Многоуровневая. Имеет большую плотность записи, ведь на ячейку уже 2 бита, соответственно, ниже стоимость. Но, пришлось пожертвовать надежностью. На данный момент один из наиболее распространенных типов флеш-памяти после 3D-NAND. Для реализации пришлось ввести дополнительные 4 пороговых напряжения, но, как оказалось, требования к состоянию микросхем возросли, деградация свойств плат сильнее отражалась на работоспособности компонентов, потому количество циклов перезаписи значительно сократилось.

В принципе, ресурса современных MLC может хватить на несколько лет бесперебойной работы, потому, хороший выбор S SD для сервера .

Впоследствии решили сделать трехуровневый SSD, чтобы еще сильнее увеличить плотность записи и снизить конечную стоимость твердотельного накопителя. К сожалению, это негативно отразилось на быстродействии, а также серьезно сократило TDW.

На реализацию такой структуры требуется 8 уровней порогового напряжения. Требования к микросхемам возрастают еще сильнее, что ведет к более стремительной деградации. Так что удешевить получилось, увеличить плотность записи тоже, но надежность вышла приемлемой только для потребительского сегмента. В качестве SSD для сервера не подойдет.

Устройства класса NAND такого типа памяти разрабатывали только экспериментально. Ключевое отличие — 16 уровней зарядов на ячейку, то есть 4 бита на каждую. К несчастью, надежность стала столь низкой, что выпуск подобного solid state drive не имела смысла. Зато реализация QLC в 3 D-NAND вышла на порядок надежнее, потому применение нашла там.

3D-NAND

Задача создавать более емкие быстрые и компактные «резервуары» с выходом предыдущих типов «флешек» не потеряла актуальность. Как увеличить надежность и удешевить изделие одновременно?

Конечно, наука нашла ответ на данный вопрос, все-таки, люди могут быть очень изобретательными, когда припрет. И разработка постепенно пришла к многослойной структуре. Конечно, еще была задача вписаться в форм-факторы, потому увеличивать размер накопителя было нельзя. А вот сделать «блин» очень даже можно.

Как увеличить емкость?

Добавляем количество бит для каждого звена памяти. Теряем надежность, увеличиваем энергопотребление. Результат получится не очень. А физически размер увеличить тоже не вариант, ибо рынок требует компактности.

Техпроцесс. Если минимизировать физический размер звена, то в пределах одной платы можно разместить больше ячеек. Решили идти по этому пути.

Уменьшили, но и здесь оказался облом. Оказалось, что ниже 15нм снизить размер физически невозможно, и чем ближе к пределу, тем непомернее растет количество брака. Пришлось поискать другой вариант, позволяющий достичь поставленных целей.

Было решено увеличивать численность элементов не горизонтально, а вертикально, соответственно, в пределах одной микросхемы стало помещаться больше памяти, а некоторые проблемы, которые были характерны для предыдущих классов памяти, отошли на задний план. Правда, пришли новые (выросла вероятность брака, некоторые ячейки неправильно работают), но ходят слухи, что с ними успешно справляются. UPD: в 2019 году проблемы битых ячеек успешно решили, новые накопители стали на порядок качественнее и надежнее.

Например, 3 D MLC NAND может иметь от 6 000 до 40 000 циклов перезаписи и это не предел. 3D TLC и QLC , к сожалению, имеют меньше TBW, но тут не без исключений. Intel DC P 4600 феноменально отметилась TBW равным 11080 . Фактически, у данного SSD есть 11080 циклов записи/стирания до отказа звена. Результат отличный. Стоимость, конечно, высокая, но это же для серверов и ЦОД, другого ожидать не стоит. Дороговизна обусловлена низкой латентностью на запись. Обычному потребителю это не нужно. Среди потребительских твердотельных накопителей чаще всего встречается 3–6 тысяч циклов.

В общем, SSD для сервера на основе 3 D NAND – наиболее разумный вариант. Дешевле, чем классические типы, зато имеют высокую надежность и отличные перспективы.

Не секрет, что дни накопителей на жестких магнитных дисках (HDD) сочтены, хотя нельзя сказать, что переход на твердотельные накопители SSD произойдет очень быстро. Здесь ситуация примерно такая же, как с электромобилями – всем они нравятся, у них много преимуществ, но всем также известны и их недостатки и ограничения. Поэтому переход на электромобиль – процесс длительный, как и переход с HDD на SSD.

Сравнение SSD и HDD имеет много общих черт со сравнением электромобиля и автомобиля на топливе. Как и автомобиль на топливе, так и HDD, — это вершина инженерного искусства по части точной механики. Напротив, как электромобили, так и SSD, довольно просты по внутреннему устройству, если говорить о механике.

Выгоды от использования накопителей SSD в серверах общеизвестны, однако напомним их еще раз.

Преимущества SSD

Высокая скорость записи-чтения, которая у SSD в несколько раз быстрее, чем у HDD, даже самых быстрых, со скоростью вращения 20 тыс. оборотов в минуту. Это очень полезно при записи и чтении больших массивов данных.
Число одиночных операций записи-чтения в секунду у SSD гораздо больше за счет возможности выполнения нескольких операций одновременно. В HDD такое невозможно, поскольку для каждой операции нужно перемещать головку записи-считывания.
Полное отсутствие шума от накопителя SSD за счет отсутствия движущихся частей. Поэтому сервер с SSD шумит меньше и единственным источником шума в нем остается вентилятор процессора.
Стойкость к механическим воздействиям. Например, диск SSD не боится падений на жесткий пол, что для HDD является фатальным событием.
Низкое энергопотребление, поскольку в SSD не тратится энергия на вращение шпинделя HDD.
Независимость скорости чтения от фрагментации файла. Если файл на HDD сильно дефрагментирован, это заметно влияет на скорость считывания. В SSD такое не наблюдается.
Меньшие габариты и вес. Часто можно увидеть, что установочные размеры дисков, как SSD, так и HDD, — одинаковы, однако это объясняется исключительно стандартизацией размеров слотов в серверах. SSD могут быть конструктивно выполнены в корпусах гораздо меньших размеров, чем HDD.

Сравнение размеров HDD и SSD

Несмотря на такие заметные преимущества, у SSD есть и недостатки.

Недостатки SSD

Основных недостатков SSD всего два, но они часто являются аргументами в пользу выбора HDD.

Низкое число циклов перезаписи по сравнению с HDD.
Высокая стоимость.

Хотя эти недостатки довольно существенны, очевидно, что решение этих проблем – лишь вопрос времени.

Использование SSD в серверах

Наиболее предпочтительные области для SSD в серверах следующие:

Базы данных, с которыми работает большое количество пользователей, например сервер 1C, сервер SQL, CRM, ERP.
Хранение и работа с наиболее востребованными данными.
Приложения, где требуется высокое быстродействие, низкая задержка передачи данных, например приложения AR/VR, промышленные системы автоматизации и роботизации и т.п.
Приложения, работающие на границе сети (Edge Computing), например виртуальные BBU для базовых станций мобильной сети (vRAN).
Вычисления в памяти (In-memory Computing).
Обработка очень больших объемов потоковых данных в режиме реального времени.
Приложения онлайн-трейдинга, где очень важно время реакции на изменения в биржевой ситуации.

Можно назвать и другие области, где применение SSD в серверах гораздо предпочтительное, нежели HDD.

Память класса хранения SCM (Storage Class Memory)

В компьютерной терминологии понятие «память» (memory) относится к оперативной памяти, с быстрым обменом данными с процессором компьютера, данные в которой сохраняются только при наличии электропитания. При выключении компьютера данные в оперативной памяти стираются.

Напротив, понятие «хранение», т. е. система хранения данных, СХД (storage), означает устройство для долговременного хранения данных, где информация сохраняется при выключенном питании. Именно к этому классу устройств относятся как HDD, так и SSD.

SCM (Storage Class Memory) – это нечто среднее между памятью и СХД. Это разновидность SSD, выполненная по технологии NVMe (Non-Volatile Memory express). Сервер может рассматривать эту память как оперативную динамическую память (DRAM). Доступ к данным в памяти SCM происходит гораздо быстрее, чем даже к обычному накопителю SSD, не говоря уже об HDD.

Обычная архитектура процессора, памяти и СХД и архитектура с памятью класса хранения SCM (Storage Class Memory)

Существует несколько технологий SCM, как с требованием наличия постоянного питания, так и без него. Скорость доступа к данным в некоторых типах SCM приближается к оперативной памяти DRAM.

Сравнение задержки считывания в разных типах памяти и СХД, цены на единицу емкости

Параметры TBW и DWPD

Это важные параметры, характеризующие надежность и долговечность диска SSD:

TBW (Total Bytes Written): допустимое количество терабайт, которое можно записать на накопитель, стирая и записывая информацию заново. Чем TBW выше, тем более живуч накопитель SSD и тем дольше он сможет проработать без сбоев.
DWPD (Drive Writes Per Day): допустимое количество перезаписей полного объема SSD в сутки. Чем выше этот показатель, тем лучше отказоустойчивость твердотельного накопителя. Чем выше требования к интенсивности обмена данными с накопителем при работе сервера, тем выше должен быть данный показатель. DWPD можно вычислить так:

DWPD = TBW / СTB * 365 * 5, где:

СTB – объем накопителя в терабайтах;
365 – количество дней в году;
5 – количество лет гарантии.

Показатель DWPD более объективен, потому что при расчете учитывается время гарантии. Для памяти SCM (NVMe SSD) число циклов перезаписи много выше, чем для обычного SSD SATA.

Клиентские и серверные SSD

При использовании в серверах, различают клиентские (потребительские) и серверные SSD. Грубо говоря, клиентский SSD – это обычная флешка, установленная в компьютер. Сложно найти пользователя, который был бы озабочен числом циклов перезаписи, который выдерживает его SSD-диск в компьютере. Никакой пользователь не израсходует допустимое число циклов перезаписи обычного потребительского SSD, не только за все время работы на данном компьютере, но и за всю свою оставшуюся жизнь.

Напротив, в серверных SSD в дата-центрах, в особенности, для использования SSD в физическом сервере, на котором работают виртуальные серверы, количество циклов полной перезаписи диска SSD может приближаться к показателю DWPD. А это уже чревато ранним выходом накопителя SSD из строя.

Поэтому клиентские SSD не рекомендуется использовать в серверах (в особенности в дата-центрах). Серверные SSD, предназначенные для дата-центров, можно использовать и в качестве клиентских, но это нецелесообразно экономически.

Есть желающие использовать клиентские (потребительские) SSD в серверах, поскольку, как они считают, что если производительность SSD высокая, то и в сервере они будут работать так же хорошо, как и в обычном клиентском компьютере. Поначалу будут, но долго не проработают.

Клиентский компьютер и сервер – вещи разные.

Клиентский SSD предполагает обслуживание одного пользователя, даже если одновременно запущены несколько приложений. Нагрузка на SSD в клиентском компьютере – периодическая и большую часть времени диск будет простаивать. Если на запрос пользователя ответ от SDD придет с небольшой задержкой, то это либо просто незаметно, либо не критично.

Серверы и СХД предназначены для одновременного обслуживания множества пользователей, поэтому даже небольшая задержка ответа на запрос от серверного SSD сделает работу с сервером затрудненной, а если пользователей – сотни, то даже неприемлемой. Поэтому для серверных SSD задаются параметры, рассчитанные на одновременное обслуживание большого количества пользователей.

Не вдаваясь в технические подробности, скажем, что в серверных SSD доступ к ячейкам памяти может производиться через 8–16 каналов, каждый из которых может иметь от 16 до 64 подканалов. В клиентских SSD имеются лишь 2–4 канала с 4–8 подканалами.

Малое количество каналов и подканалов у клиентских SSD до некоторой степени компенсируется кэшированием. Однако после наполнения небольшого по объему кэша происходит деградация производительности клиентского SSD, после чего она определяется количеством каналов, которое у клиентских дисков небольшое.

Именно поэтому производительность клиентских SSD в многопользовательской среде сильно падает. А цены серверных SSD гораздо выше, чем клиентских.

Например, потребительский накопитель Micron M500DC емкостью 800 ГБ имеет показатель TBW 2500 ТБ. Это означает, что такой накопитель позволяет перезаписать свой полный объем в 800 ГБ примерно три тысячи раз. Для накопителей потребительского класса это вполне нормально. Редко какой пользователь выберет этот объем перезаписи за весь срок службы компьютера. А вот в корпоративном сервере CRM, к которому обращается множество пользователей, объем перезаписи в 2500 ТБ будет выбран за несколько дней, а возможно и часов.

Что произойдет дальше? Дальше потребительский SSD, на который взвалили такую огромную нагрузку, перейдет в режим чтения Read Only. То есть записать в него информацию станет невозможно.

Технологии SSD для серверов

Если кому-то интересно разобраться в технологиях SSD (а их есть много разных), применяемых в серверах, можно прочитать этот раздел. Если неинтересно, можно пропустить.

SLC, MLC, TLC, QLC

Первые SSD создавались на основе транзисторных накопителей, в которых одна ячейка хранит один бит, закодированный при помощи двух уровней заряда – заряжено или разряжено. Такая технология была названа SLC (Single level cell) — одноуровневая ячейка.

Такая технология предполагала, что чип памяти SSD – планарный, одноуровневый, как и большинство чипов для других микросхем. SLC позволяет производить на каждой ячейке до 100 тысяч операций записи-стирания.

Технологии SSD (изображение: Micron)

Затем, по мере уплотнения емкости в чипах SSD, появилась технология с многоуровневыми ячейками MLC (Multi Level Cell). Хотя уровней в ней было всего два, а не «много». Соответственно, в такой ячейке можно разместить два бита. Распознаваемых уровней заряда в MLC – четыре (00, 01, 10, 11). То есть MLC дала возможность вдвое повысить емкость. Однако число циклов перезаписи в такой структуре сократилось на порядок – со 100 до 10 тыс. циклов. Но и удельная стоимость на гигабайт в MLC также значительно уменьшилась.

Следующим шагом была технология TLC (Triple Level Cell), где в ячейке можно различать 8 уровней заряда или 3 бита (тремя битами можно закодировать цифры от 0 до 7, т. е. восемь цифр). Это дало возможность увеличить рост емкости чипа на 50 %. Однако и допустимое число циклов перезаписи сократилось до трех тысяч.

Затем была изобретена технология 3D NAND, т. е. планарную, двумерную структуру 2D NAND SSD решили сделать трехмерной.

Это позволило перейти к следующему этапу – технологии QLC, которая позволяет размещать в ячейке до 4 битов, то есть распознавать 16 уровней заряда. Это дало возможность повысить емкость чипа еще на 33 %, однако число циклов перезаписи сократилось до одной тысячи, что для серверных SSD корпоративного класса совершенно неприемлемо. Средний сервер организации съест ресурс циклов перезаписи ячеек очень быстро, после этого память нужно будет менять.

Причем по технологии 3D NAND можно изготавливать как чипы TLC, так и QLC.

Форм-факторы SSD: SATA, M.2, NVMe и PCI-E

Практически у всех материнских плат компьютеров есть физический интерфейс для накопителя SATA. (см. рисунок ниже). Но не на всех имеется разъем под компактный SSD-накопитель M.2, который сейчас стал появляться даже у ноутбуков.

Форм-факторы SATA, mSATA и M.2

В чем различия M.2 SATA и M.2 NVMe

M.2 — это форм-фактор. Накопители M.2 могут быть в версиях SATA и NVMe. Энергонезависимая память (Non-Volatile Memory) NVMe (NVM Express) — это открытый стандарт, который позволяет модулям SSD работать с максимальной скоростью чтения-записи, на которую способен их чип NAND.

Это дает SSD работать непосредственно через интерфейс PCIe, а не через SATA, который начинает устаревать. То есть NVMe — это описание шины подключения, а не новый тип флэш-памяти. Он также не связан с форм-фактором, поэтому накопители NVMe могут иметь форм-факторы M.2 или PCIe.

Жесткий диск HDD с интерфейсом SATA и скоростью 7200 об/мин обеспечивает скорость около 100 МБ/с в зависимости от возраста, состояния и степени фрагментации. SSD с интерфейсом SATA III обеспечивает максимальную пропускную способностью 600 МБ/с, SATA II — 300 МБ/с.

SSD NVMe обеспечивает скорость записи до 3500 МБ/с, то есть почти в 6 раз больше, чем у SATA III.

3D XPoint

Отдельного рассказа заслуживают накопители Intel Optane. Технология SSD 3D XPoint была анонсирована корпорациями Intel и Micron в июле 2015 года. Устройства компании Intel, использующие данную технологию, выпускаются под торговой маркой Optane, а устройства Micron будут использовать марку QuantX.

Накопитель Intel Optane с технологией 3D XPoint

Технология 3D XPoint может обеспечить практически неограниченный ресурс циклов перезаписи, по крайней мере, очень высокое значение этого показателя. Это достигается за счет особой технологии: изменения фазового состояния вещества, когда материал ячейки памяти при нагреве током меняет свое состояние из аморфного (высокое сопротивление) в кристаллическое (низкое сопротивление) и обратно. Это совершенно новый принцип, не связанный с хранением заряда в ячейке, как у предыдущих поколений SSD NAND.

Чипы 3D XPoint емкостью 16 Гбайт обеспечивают плотность памяти в 0,62 Гбит/мм 2 . Для сравнения, плотность памяти в микросхемах 3D NAND TLC достигает 2,5 Гбит/мм 2 . По емкости эта память проигрывает 3D NAND для SSD.

Очевидно, что использование 3D XPoint в виде модулей памяти SCM весьма перспективно для подсистем памяти серверов.

Преимущества 3D XPoint можно увидеть в такой инфографике:

Заключение

Выбор подходящего SSD для определенного сервера в определенном развертывании может быть сложной задачей, поскольку существует множество моделей SSD корпоративного класса, с разными показателями производительности, форм-факторами, ресурсами и емкостью. С другой стороны, есть много разных серверов для разных приложений. Поэтому задача выбора серверного SSD является очень многофакторной.

При оценке пригодности серверных SSD для конкретного использования сервера не следует ограничиваться только значениями IOPS или пропускной способности. Необходимо учесть также показатель качества обслуживания конечных пользователей, чтобы гарантировать выполнение соглашений SLA для приложений, производительность для реальных рабочих нагрузок, а также вид форм-фактора, обеспечивающего «горячую» замену в отказоустойчивых архитектурах.

Поэтому при выборе SSD для сервера желательно воспользоваться консультациями предметных специалистов, хорошо разбирающихся в технологиях памяти и СХД, а также в приложениях серверов.

В отличие от обычных жестких дисков (HDD) твердотельный накопитель (SSD) состоит из флеш-памяти, в которой хранятся данные. Когда вы стираете данные с флеш-устройства, они не исчезают сразу. Эти данные помечаются для удаления, а такие процессы как TRIM и чистка памяти стирают старые файлы и освобождают место для новых. При чистке жесткого диска (как и в SSD) информация помечается для удаления и затем по мере необходимости просто заменяется новыми данными. Теперь, когда у вас есть общее представление о том, как HDD и SSD управляют данными, мы можем начать рассматривать то, почему установка SSD потребительского уровня на что-либо, например на сервер, рабочую станцию или сетевое хранилище (NAS), не всегда так проста, а также в некоторых случаях даже нежелательна.

Различия между потребительскими и корпоративными SSD

Установка SSD на сервер может негативно сказаться на его работе, поскольку не все накопители имеют одинаковые параметры. Crucial® предлагает потребительские SSD. Потребительские накопители предназначены для повседневного использования, например, в настольных ПК или ноутбуках, других небольших мобильных вычислительных устройствах и высокопроизводительных игровых/рабочих устройствах. В корпоративной среде, такой, как сервер, накопитель работает беспрерывно, часто выполняя большое количество операций записи и стирания. Корпоративные накопители (например, Micron® M500DC или S600DC) предназначены для непрерывной работы при большом количестве операций. В отличие от потребительского накопителя, который резко теряет производительность при непрерывной записи, корпоративный диск имеет стабильный уровень производительности в течение заданного периода. То же можно сказать о количестве стираний, которые может выдержать корпоративный накопитель по сравнению с потребительским.

Все флеш-устройства, включая SSD, имеют ограничение на объем данных, которые можно записать в память. Как только надежность данных теряется, память переходит в режим «только для чтения». Разные накопители отличаются по долговечности: наши накопители BX200 рассчитаны на 72 терабайта (ТБ) стирания, накопитель MX200 1000 ГБ — на 360 ТБ, а Micron 800 ГБ M500DC — на 2500 ТБ. Корпоративные накопители рассчитаны на значительно больший срок службы. Большинству пользователей нет необходимости переживать о долговечности: обычному человеку потребовалось бы много лет, чтобы израсходовать все 72 ТБ записи на стандартном накопителе. Теоретически сервер, который заполняет накопитель несколько раз в день, может использовать весь срок службы потребительского накопителя менее чем за год. Этот вид износа не покрывается гарантией. Корпоративный накопитель обычно имеет лучшую защиту данных и больший срок службы.

На базовом уровне потребительский накопитель защищает данные только в состоянии покоя в то время, как корпоративный накопитель защищает данные и в процессе движения. Данные в процессе движения — это данные, которые находятся в процессе передачи или в буфере накопителя. Если при обычном накопителе система потеряет питание во время записи, любые из этих данных в буфере будут потеряны. Это может привести к серьезному повреждению данных. Это ссылка на документ компании Micron, в котором подробно описаны различия в защите данных.

SSD в рабочих станциях

В большинстве случаев рабочая станция считается сервером. У нее есть материнская плата, которая является серверной платой, поскольку она использует память ECC (Error Checking and Correction). Компания Crucial не указывает совместимость накопителей с серверами или рабочими станциями. Однако большинство людей не используют свою рабочую станцию в качестве сервера. Ее используют для офисной работы таких приложений, как Adobe Illustrator®, Adobe Photoshop®, визуализации в режиме 3D или других видов визуального редактирования. Если вы не используете свою рабочую станцию для беспрерывного управления данными, такими как кэширование в сети, хостинг виртуальных машин и других задач, которыми обычно управляет сервер, то любое из наших 2,5-дюймовых устройств SATA SSD должно нормально работать в системе.

Устанавливая потребительский накопитель для сервера, вы рискуете производительностью и безопасностью данных. Кроме того, это устройство имеет менее длительный срок службы, в связи с чем гарантия производителя на накопитель быстро истечет. Крайне важно установить устройство хранения данных, соответствующее среде, в которой вы собираетесь его использовать. Если у вас есть какие-либо вопросы или неясности относительно использования SSD от Crucial на вашем компьютере, свяжитесь с нашей службой поддержки.

Как и было обещано в публикации «Целесообразность и преимущества применения серверных накопителей, построение RAID-массивов, стоит ли экономить и когда?», остановимся более подробно на проблеме выбора твердотельных накопителей. Но в начале немного теории.

Твердотельные накопители (Solid State Drives, SSD) — накопители, ориентированные на обеспечение минимальной latency (задержки до начала непосредственно операции чтения или записи) и большого количества IOPS (Input/Output Operations per Second, операций ввода/вывода в секунду). Выбирая SSD пользователь ориентируется прежде всего на то, на сколько быстрым будет накопитель для решения его задачи и на сколько надежным будет хранение данных на нем.

Твердотельные накопители состоят из NAND-микросхем, которые образуют массив памяти, они лишены недостатков HDD-дисков, так как нет движущихся частей и механического износа, за счет чего и достигается высокая производительность и минимальная latency (в жестких дисках основная задержка связана с позиционированием головки). Каждая ячейка памяти может быть перезаписана определенное количество раз. Операции чтения не оказывают влияния на износ SSD. В основном применяют три основных типа чипов NAND: SLC (Single Level Cell), MLC (Multi Level Cell) и TLC (Three Level Cell) — чипы с одноуровневыми, многоуровневыми и трехуровневыми и ячейками. Соответственно ячейки в SLC могут использовать два значения напряжения 0 или 1 (могут хранить 1 бит информации), в MLC 00, 01, 10 или 11 (хранят 2 бита информации), в TLC 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 или 111 (хранят 3 бита). Становится понятно, что чем больше значений может принимать ячейка, тем больше увеличивается вероятность некорректного считывания этого значения, тем больше времени требуется на коррекцию ошибок, тем больше информации может хранить накопитель. Именно по этой причине TLC требует большего объема ECC (Error Correction Code). В то же время, количество циклов перезаписи падает с увеличением плотности хранения информации и максимально в SLC и потому эта память самая быстрая, так как считывать одно из двух значений гораздо проще.

Теперь немного об особенностях самих микросхем. Память NAND, в отличии от NOR, применяемой во флешках, является более экономически выгодной и имеет ряд преимуществ и недостатков. Преимущества заключаются в гораздо большей емкости массива, возможности более эффективного последовательного чтения. Недостатки заключены в режиме постраничного доступа, отсутствии случайного доступа к данным, появлении дополнительных ошибок за счет большой плотности записи данных в ячейки. Каждая NAND-микросхема разделена на страницы 512 или 256 КБ, те же в свою очередь на блоки размером 4КБ. Возможно осуществлять чтение с отдельных страниц и запись, при условии, что они пусты. Однако, как только информация была помещена, ее невозможно перезаписать, пока не будет стерт весь блок страниц. В этом и состоит основной недостаток, оказывающий огромное влияние на эффективность записи и износ накопителя, так как NAND-микросхема имеет ограниченное количество циклов перезаписи. Для обеспечения равномерного износа всех ячеек, равномерной утилизации накопителя, контроллер перемещает записываемые данные с места на место при записи, тем самым увеличивая влияние WAF (Write Amplification Factor) на работу SSD, благодаря которому количество действительно записываемой информации гораздо больше, нежели логической, записываемой пользователем, в следствии чего уменьшается показатель случайного чтения. По сути данные перемещаются с места на место более одного раза, так как информация в памяти должна быть стерта перед повторной записью и чем более эффективно реализован алгоритм WAF, тем дольше проживет накопитель.

Технология Over-Provisioning позволяет оптимизировать основной недостаток, связанный с записью / перезаписью и улучшить производительность, увеличить срок жизни накопителя. Она заключается в том, что на каждом из накопителей выделяется область, недоступная для пользователя, которую использует контроллер для перемещения данных, тем самым выравнивая показатели износа ячеек, так как для стирания ячейки 4КБ требуется стереть всю строку ячеек (на 256 или 512 КБ), что логичнее выполнять в фоновом режиме, используя для записи в первую очередь неразмеченную область. Легко понять, что чем больше область ОР, тем проще контроллеру будет выполнять возложенные на него функции, тем меньше будет WAF и эффективнее будет случайная запись и случайное чтение. Производитель закладывает под ОР от 7% до 50% от объема накопителя, за счет чего значительно увеличивается скорость записи, что видно с графиков, представленных ниже (ОР 0%, 12%, 25%, 50%).

Как видим из графиков, производительность значительно повышается уже при ОР 25% и выше. Большинство производителей SSD позволяют управлять этим параметрам, у того же Samsung есть полезная утилита для этих целей:

В чем же отличие серверного и desktop-накопителя? Самое важное отличие заключается в том, насколько эффективна работа с операциями записи в непрерывном режиме, а это, в основном, определяется типом чипа, применяемыми алгоритмами и областью Over-Provisioning, которая выделена производителем. К примеру для Intel 320 серии Over-Provisioning составляет 8% от емкости его микросхем, а для Intel 710, накопителя вроде бы как с идентичным типом чипа — 42%. Более того, Intel рекомендует еще минимум 20% оставить неразмеченными при создании раздела, чтоб они также автоматически могли быть использованы под Over-Provisioning, даже на серверных накопителях, где уже выделено 42%. Это удлинит срок жизни накопителя до 3-х раз, так как уменьшится WAF, и повысит производительность записи до 75%.

Но чем же принципиально отличаются декстопные накопители от серверных? Возьмем для примера накопители Intel 320 и 520 — хорошие десктопные твердотельные накопители, в последнем применена «хитрость» в виде контроллера LSI SandForce, который сжимает записываемые данные и передает их на накопитель уже в сжатом виде, таким образом увеличивая скорость записи. И сравним их с серверным накопителем Intel 710 серии.

Inte отличается от других производителей тем, что пишет технические характеристики довольно подробно и честно и мы всегда можем знать производительность в разных режимах использования накопителя, что как раз очень полезно в нашем случае. Именно потому мы выбрали их для сравнения, пусть, какие-то уже сняты с производства и есть более новые модели, но не в этом суть. Наша цель — понять отличия и принципы выбора, которые, вне зависимости от апдейтов, сильно не изменились.

Случайное чтение (участок 8 ГБ) — 38000 IOPS
Случайное чтение (участок 100%) — 38000 IOPS
Случайная запись (участок 8 ГБ) — 14000 IOPS
Случайная запись (участок 100%) — 400 IOPS

То есть, если мы занимаем на нашем SSD-накопителе на 120 ГБ всего лишь 8, отводя более 90% емкости под Over-Provisioning, то показатели случайной записи довольно хороши и составляют 14 KIOPS, если же мы используем все пространство — всего лишь 400 IOPS на случайную запись, производительность падает в 35 раз и оказывается на уровне пары хороших SAS-дисков!

Вывод — десктопный диск будет жить довольно долго на небольших объемах данных и по скорости может обеспечить довольно хорошие результаты в случае наличия большого пространства под Over-Provisioning. Когда это выгодно? Допустим есть база данных, та же 1С, к которой требуется доступ 10-20 пользователям. База имеет объем 4 ГБ. Более 90% емкости накопителя отводим под Over-Provisioning и размечаем только необходимое, с небольшим запасом, скажем, 8 ГБ. В результате имеем довольно хорошую производительность и экономичность решения с очень хорошим показателем надежности. Конечно, в случае 40-50 пользователей 1С, все же лучше будет использовать серверный накопитель, так как при непрерывной нагрузке показатели все же будут падать у десктопного SSD.

Стоит также отметить, что серия 320, хоть и считается десктопной, но на самом деле является полусерверной, так как помимо прочего накопитель содержит суперконденсатор, который в случае отключения питания позволяет сохранить данные из кеша самого диска. А вот 520-ка этого не имеет. Потому очень важно обращать внимание и на такие особенности при выборе накопителей. Таким образом, серия 320 будет хоть и медленнее, нежели 520, но зато надежнее.

Справедливо будет поговорить и о накопителях от других популярных производителей — Seagate и Kingston. Чем они отличаются? Seagate Pulsar, в отличии от рассматриваемых накопителей выше, имеет интерфейс SAS, а не SATA и это является его основным преимуществом. У твердотельных накопителей с интерфейсом SATA есть контроллер сохранности данных на накопителе, есть контроллер сохранности данных на самом контроллере, но вот то, что происходит с данными на этапе их передачи, отслеживается недостаточно хорошо. Интерфейс SAS решает эту проблему и полноценно контролирует канал передачи и в случае какой-то ошибки из-за той же наводки — исправит ее, SATA-интерфейс — нет. Кроме того, тут используются преимущества надежности самого интерфейса SAS, когда вместо 512 пишется 520 байт, вместе с 8 байтами четности. Помимо прочего можем использовать преимущества дуплекса SAS-интерфейса, но где это может быть использовано — лучше будет осветить в отдельной публикации.

Что же касается серии накопителей Kingston — это не только надежные накопители, но и весьма производительные. До недавнего времени их серверная серия была одной из самых быстрых, пока на рынке не появился Intel 3700. При этом цена на эти накопители довольно приятна, соотношение цена / производительность / надежность, является, пожалуй, наиболее оптимальными. Именно по этой причине в «новой» нашей линейке серверов в Нидерландах, с которыми мы начали распродажу, мы предложили именно эти накопители, обеспечив тем самым довольно интересное ценовое предложение, в результате которого, серверов c этими накопителями, осталось совсем немного:

В этих накопителях 8 чипов по 32 ГБ, образуют суммарный объем в 256 ГБ, около 7% емкости выделено под Over-Provisioning, чистая квота одного накопителя выходит равной 240 ГБ. SandForce контроллер оказывает положительное влияние на прирост производительности в случае работы с компрессируемыми данными, а именно базами данных и зачастую удовлетворяет потребности в IOPS для 95% наших клиентов. В случае же некомпрессируемых данных или данных с большой энтропией, таких как видео, пользователи в основном используют его больше для раздачи контента, нежели для записи, а на чтение производительность не падает столь значительно, что также удовлетворяет потребности большинства пользователей, а если требуется обеспечить большую производительность на запись — достаточно увеличить Over-Provisioning. Как видно из графика, прирост производительности для данных с нулевой компрессией (энтропия 100%) при росте Over-Provisioning, максимальный:

Стоит отметить еще честность производителя, тесты очень консервативны. И зачастую реальные результаты оказывались выше гарантируемых на 10-15%.

А для тех, кто нуждается в большей емкости, мы приготовили спец. предложение:

Трафик можно увеличить, также, как и канал, апгрейды доступны по очень приятным ценам:

1 Gbps 150TB — +$99.00
1 Gbps Unmetered — +$231.00
2 Gbps Unmetered — +$491.00

Что же касается использования твердотельных накопителей в RAID-массивах, не будем повторятся об особенностях их использования в RAID, существует волшебная авторская статья amarao, которую я рекомендую к прочтению SSD + raid0 — не всё так просто и которая поможет сформировать полноценное понимание. В этой же статье расскажу немного о SSD-накопителях с интерфейсом PCI-Express, в котором уже используется встроенный RAID-контроллер. В случае задачи построения очень быстрого решения, скажем, для нагруженной биллинговой системы, такие накопители незаменимы, так как способны обеспечить сотню KIOPS на запись и более, а также, что очень важно, очень низкую латентность. Если латентность большинства твердотельных накопителей находится в пределах 65 микросекунд, что в 10-40 раз лучше показателей латентности жестких дисков, то у топовых SSD PCI-Express достигаются значения 25 микросекунд и менее, то есть практически скорость RAM. Конечно, за счет самого интерфейса PCI-Express идет снижение быстродействия, по сравнению с RAM, тем не менее, в скором времени ожидаются заметные улучшения в плане латентности.

Емкость накопителя с интерфейсом PCI-Express набирается «банками памяти», на плате уже имеется SandForce чип, а также аппаратный RAID-контроллер. То есть это уже зеркало со скоростью реакции 25 микросекунд со скоростью записи более 100 KIOPS, которое имеет очень высокую надежность. Эффективная емкость таких накопителей, как правило невелика и может составлять 100ГБ. Цена — также довольно внушительна (7000-14000 евро). Но в случае, как уже отмечалось, нагруженных биллинговых систем, совсем нагруженных баз данных, а также с целью быстрого формирования бухгалтерских отчетов 1С в крупных компаниях (скорость построения возрастает почти на 2 порядка, в 100 раз быстрее) — такие решения незаменимы.

Пока что мы можем предложить такие решения лишь в custom-built серверах при гарантии долгосрочной аренды, так как спрос довольно ограничен и далеко не каждый будет согласен платить столь внушительные деньги за производительность, к слову, не для каждого это и целесообразно. Возможно позднее, в отдельной публикации, мы рассмотрим подобные решения более обширно, если будет соответствующий интерес от бизнес-абонентов.

Читайте также: