آينده فناوري ذخيره سازي اطلاعات

  • 128
  • 0

sAFA 1 توفان به پا ميکند

براساس گزارش‌هاي پيش‌بيني بازار، در مبحث ذخيره‌سازي در مراکز داده، ميزان استفاده از تجهيزات ذخيره‌سازي AFA در مراکز داده رشد چشمگيري خواهد داشت. اين رشد به حدي است که طبق پيش‌بيني موسسه معتبر گارتنر، تا سال ۲۰۲۰ بيش از نيمي از مراکز داده از ذخيره‌سازي AFA به عنوان ذخيره‌ساز اصلي خود استفاده خواهند کرد. همچنين بر اساس گزارش موسسه IDC ميزان فروش ذخيره‌سازهاي Hybrid در سال  ۲۰۱۷ نسبت به سال ۲۰۱۶، ۳۱ درصد کاهش داشته است. اين در حالي است که طي همين بازه زماني ذخيره‌سازهاي AFA با افزايش فروش به ميزان ۵۳ درصد روبه‌رو بوده‌اند. رشد ميزان ديتاي سازمان‌ها و نياز به دسترسي سريع به داده‌ها از طرفي و کاهش هزينه قابل توجه تکنولوژي SSD و مزاياي متعدد استفاده از AFA موجب مي‌شود اين ذخيره‌ساز براي بسياري از سازمان‌هاي دولتي و شرکت‌هاي خصوصي انتخاب هوشمندانه‌اي باشند. از اين رو اين مقاله به بررسي تکنولوژي SSD و ذخيره‌سازي AFA پرداخته است.

استفاده از ذخيره‌سازهايي که از SSD يا Flash Disk استفاده مي‌کنند به دليل مزاياي چشمگير آن روزبه‌روز در حال گسترش است. در سال‌هاي گذشته، به دليل هزينه بالاي SSD، توليدکنندگان تجهيزات ذخيره‌سازي سعي کردند با ارائه ذخيره‌سازهاي Hybrid که به ‌صورت توأمان از هاردديسک‌هاي مکانيکي و ذخيره‌سازهاي SSD استفاده مي‌کنند، هم از مزاياي استفاده از SSD بهره ‌جويند و هم قيمت تمام‌شده تجهيزات را منطقي نگه ‌دارند. طراحي تکنولوژي‌هاي جديد در زمينه ديسک‌هاي SSD و همچنين کاهش هزينه‌هاي توليد تجهيزات مبتني بر آن، کاهش هزينه قابل توجهي در توليد اين تجهيزات ايجاد کرده است تا جايي که امروزه شرکت‌هاي توليد کننده تجهيزات AFA را در بسياري از شرايط به جاي ذخيره‌سازهاي Hybrid توصيه مي‌کنند. در ذخيره‌سازهاي AFA تمامي ديسک‌ها از نوع SSD هستند و هيچ ديسک مکانيکي در آنها استفاده نمي‌شود.

بر اساس گزارش موسسه معتبر IDC، ميزان درآمد تجهيزات AFA از ميزان ۱۵بيليون دلار در سال ۲۰۱۵ به ۶۳ بيليون دلار در سال ۲۰۲۴ خواهد رسيد. اين موضوع نشان مي‌دهد بسياري از سازمان‌ها در سال‌هاي آينده به جاي استفاده از تجهيزات Hybrid به سمت استفاده از AFA1 سوق پيدا خواهند کرد.

از جمله مزايايي که ذخيره‌سازهاي All Flash ايجاد مي‌کنند، علاوه بر سرعت بالاتر در دسترسي به اطلاعات، مي‌توان به صرفه‌جويي قابل توجه در فضاي فيزيکي مرکز داده و همچنين مصرف برق و Cooling کمتر اشاره کرد. در اين مقاله سعي شده است علاوه بر معرفي تکنولوژي‌هاي پايه ديسک‌هاي SSD مزاياي استفاده از آن نسبت به ديسک‌هاي مکانيکي توصيف شود و در انتها تلاش شده است دسته‌بندي‌هاي مختلف ذخيره‌سازهاي AFA به طور اجمالي مورد بررسي قرار گيرد.

معرفي SSD

امروزه ذخيره‌سازهاي SSD موارد استفاده بسيار متنوعي دارند. استفاده در گوشي‌هاي تلفن‌همراه هوشمند، تبلت‌ها، لپ‌تاپ‌ها، کامپيوترهاي خانگي جديد و همچنين تجهيزات صنعتي مانند تجهيزات پردازشي و ذخيره‌سازي از جمله موارد استفاده ذخيره‌سازهاي SSD هستند. طبيعي است پاسخگويي به نيازهاي متنوع نيازمند مدل‌ها و تکنولوژي‌هاي متنوعي در ذخيره‌سازهاي SSD است.

 

موارد استفاده ذخيرهسازهاي SSD

ذخيره‌سازهاي SSD دو استفاده مهم در صنعت فناوري اطلاعات دارند:

 مورد استفاده اول استفاده براي ذخيره‌سازي اطلاعات است. به گونه‌اي که به جاي ذخيره شدن اطلاعات روي هاردديسک مکانيکي، داده‌ها روي SSD ذخيره مي‌شوند.

 مورد استفاده دوم استفاده براي Cache کردن اطلاعات در تجهيزات ذخيره‌سازي حرفه‌اي است. به دليل آنکه هزينه تمام‌شده RAM بالاست، با توجه به سرعت بالاي برخي از انواع SSD، مي‌توان آن را به‌ عنوان Cache بين RAM و ديسک استفاده کرد. اين کاربري معمولاً در ذخيره‌سازهاي Hybrid مرسوم است. به اين شکل که در لايه ديسک به‌ صورت توأمان از ديسک‌هاي مکانيکي و SSD استفاده مي‌شود، علاوه بر آن تعدادي SSD سرعت بالا به ‌عنوان Cache دستگاه استفاده مي‌شود.

معرفي ذخيرهسازهاي AFA

استفاده از ديسک‌هاي SSD در تجهيزات صنعتي ذخيره‌سازي معمولاً به دو شکل عمده زير صورت مي‌پذيرد:

 استفاده در تجهيزات ذخيرهسازي Hybrid: تجهيزات ذخيره‌سازي Hybrid به‌ صورت موازي هم از ديسک‌هاي مکانيکي استفاده مي‌کنند و هم امکان استفاده از ذخيره‌سازهاي SSD را دارند. در حقيقت دستگاهي که خريد مي‌کنيد شامل تعدادي ديسک مکانيکي و تعدادي ذخيره‌ساز SSD است که بسته به نيازمندي‌هاي سازمان از آنها استفاده مي‌شود.

 استفاده در تجهيزات ذخيرهسازي All Flash Array(AFA): تجهيزات AFA تنها از ديسک‌هاي SSD براي نگهداري ديتا استفاده مي‌کنند.

معرفي تکنولوژيهاي پايه در ذخيرهسازهاي SSD

در طراحي تکنولوژي‌هاي SSD مباحث قيمت، پايداري و Performance سه فاکتور اساسي محسوب مي‌شوند. همچنين به دليل جزئيات فني در زمينه عمليات Write اطلاعات روي ديسک، حداکثر تعداد عمليات Write که يک ديسک SSD در طول عمر خود پشتيباني مي‌کند بسيار حائز اهميت است. اين موضوع با فاکتوري به نام P/E(Program Erase) مشخص مي‌شود؛ به اين معني که هر چقدر ميزان P/E يک SSD بيشتر باشد تعداد عمليات Write بيشتري در طول عمر خود پشتيباني مي‌کند.

تکنولوژي‌هاي مختلفي در زمينه ذخيره‌سازهاي SSD طراحي شده‌اند که بر اساس اين سه فاکتور نام‌برده، مشخصات مختلفي ارائه مي‌کنند. شما مي‌توانيد بسته به نياز نوع تکنولوژي مورد نياز خود را تهيه و استفاده کنيد. معروف‌ترين اين تکنولوژي‌ها عبارت‌اند از:

 تکنولوژي SLC: ديسک‌هايي که از اين تکنولوژي استفاده مي‌کنند بيشترين سطح از Performance را در اختيار مي‌گذارند. برخي انواع SLC SSD تا چند صد هزار IOPS در يک ديسک ارائه مي‌کنند. به همين نسبت قيمت تمام‌شده اين تکنولوژي بالاست. SLC SSD هم Performance لحظه‌اي بالايي در عمليات Read و Write فراهم مي‌سازد و هم P/E بالايي دارد. هدف اصلي در تکنولوژي SLC سرعت بالا در دسترسي به اطلاعات و همچنين ضريب اطمينان بالا در حفظ داده است.

 تکنولوژي MLC: اين تکنولوژي فاکتور قيمت را هدف اصلي خود قرار داده است. ذخيره‌سازهايي که از تکنولوژي MLC استفاده مي‌کنند قيمت تمام‌شده کمي دارند، هر SSD از نوع MLC از لحاظ Performance لحظه‌اي Read/Write چند برابر هاردديسک‌هاي مکانيکي کارايي دارد. همچنين فاکتور P/E در MLC نسبت به SLC کمتر است. اين تکنولوژي براي محيط‌هايي مناسب است که ميزان Read بالايي دارند. همچنين براي مصارفي مانند بوت شدن سيستم‌عامل و تجهيزات غيرصنعتي مانند تلفن‌هاي‌همراه هوشمند و تبلت‌ها مناسب هستند. اين تکنولوژي در زمينه حجم SSD محدوديت جدي دارد و SSDهاي داراي تکنولوژي MLC معمولاً داراي حجم زير يک ترابايت هستند.

 تکنولوژيهاي TLC: اين تکنولوژي در حقيقت نسل‌هاي بعدي تکنولوژي MLC است که با هدف کاهش قيمت تمام‌شده و افزايش ظرفيت SSD طراحي شد. تکنولوژي TLC نسبت به MLC قيمت تمام‌شده و Performance کمتري ارائه مي‌کند، از طرفي امکان انتخاب ديسک‌هاي ظرفيت بالاتر را خواهيد داشت. SSDهاي TLC که در بازار هستند حجم بيش از ۱۰TB را نيز پشتيباني مي‌کنند. همچنين P/E تکنولوژي TLC نسبت به MLC کمتر است.

 تکنولوژي eMLC: اين تکنولوژي با ايجاد تغييرات جزئي نسبت به MLC بهينه‌سازي‌هايي در زمينه P/E ايجاد کرده است. ذخيره‌سازهاي eMLC قيمت بيشتري نسبت به MLC دارند. فاکتور P/E در eMLC حدود ۱۰ برابر
SSDهاي MLC و حدود يک‌سوم SSDهاي SLC است. ذخيره‌سازهاي MLC که هم‌اکنون در بازار هستند ظرفيت‌هاي چند صد گيگابايت تا چند ترابايت را پشتيباني مي‌کنند و گزينه مناسبي براي استفاده از تجهيزات AFA در محيط‌هاي Write Intensive صنعتي هستند.

 تکنولوژي ۳D NAND TLC: نسخه دوم تکنولوژي ۳D NAD TLC که توسط شرکت سامسونگ ابداع شد مشکل P/E  و نيز Performance را در تکنولوژي TLC  هدف قرار داده است. به اين ترتيب که P/E  و Performance اين تکنولوژي با تکنولوژي eMLC قابل مقايسه است. در زمان تهيه اين مقاله بسياري از شرکت‌هاي توليدکننده‌اي که از SSD استفاده مي‌کنند (مانند HP و EMC) براي ديسک‌هاي SSD ظرفيت بالاي TLC خود از اين تکنولوژي استفاده مي‌کنند.

شکل ظاهري و کانکتورهاي ذخيرهسازهاي SSD

ذخيره‌سازهاي SSD ظاهر متنوعي دارند و به‌ طور کلي به چهار دسته تقسيم مي‌شوند:

۱- دسته موسوم به SSD Drive با رابط ارتباطي SAS، SATA يا FC

فرم ظاهري اين دسته از SSDها شبيه هاردديسک مکانيکي است. اين ذخيره‌سازها با اندازه‌هاي ۸/۱، ۵/۲ يا ۵/۳ اينچ به بازار عرضه مي‌شوند و معمولاً با تکنولوژي SAS، SATA يا FC به دستگاه متصل مي‌شوند. سرعت اين ديسک‌ها معمولا چند ده برابر ديسک‌هاي مکانيکي است.

۲- دسته موسوم به SSD Card

فرم ظاهري اين دسته از SSDها شبيه بورد الکترونيکي است و معمولاً با استفاده از کانکتور ارتباطي PCIe به دستگاه متصل مي‌شوند. معمولاً SSD Cardها Performance بسيار بيشتري نسبت به SSD Driveها دارند. اين کارت‌ها در اندازه‌هاي مختلفي در بازار موجودند و لازم است از جهت اندازه طول و عرض و همچنين کانکتور ارتباطي با دستگاهي که روي آن نصب مي‌شوند سازگار باشند. برخي از مدل‌هاي SSD Card تا چند ده و حتي چند صد هزار IOPS پشتيباني مي‌کنند. اين دسته از SSDها معمولاً براي نصب به درايور نرم‌افزاري خود شرکت سازنده نياز دارند.

 

۳- دسته موسوم به SSD Module

اين دسته شامل انواع مختلفي مانند mSATA،mSATA-Mini، Micro-SSD و M2. SSD مي‌شوند که هر کدام شکل ظاهري و کانکتور ارتباطي خاص خود را دارند. شکل زير شکل ظاهري يک M2. SSD را به‌ عنوان مثال نمايش مي‌دهد:

 

۴- دسته «چند ظاهري»

پروتکل NVMe انقلابي در بحث ذخيره‌سازي اطلاعات پديد آورده است. به همين دليل
SSDهاي مبتني بر پروتکل NVMe در اين مقاله به‌ صورت جداگانه بررسي مي‌شوند. پس از رشد تکنولوژي‌هاي ذخيره‌سازي، در سال ۲۰۱۴، اولين نسخه پروتکل NVMe طراحي شد و پس از آن طي چند مرحله بهينه‌سازي‌ها و
extensionهايي روي آن صورت گرفت. اين پروتکل به ‌طور خاص براي محيط‌هايي طراحي شده است که سرعت IO بسيار بالا و Latency بسيار پاييني لازم دارند. SSDهايي که از اين پروتکل استفاده مي‌کنند ظاهر و کانکتورهاي ارتباطي فيزيکي متنوعي دارند ولي عامل مشترک همه آنها اين است که در BUS ارتباطي از پروتکل PCIe استفاده مي‌کنند. ذخيره‌سازهاي NVMe مي‌توانند به کانکتورهاي ارتباطي M2، U2 با اندازه ۵/۲ اينچي يا به شکل PCIe Card به سيستم متصل شوند. اين ذخيره‌سازها نياز به نصب درايور خاصي ندارند و کافي است سيستم‌عامل دستگاه پروتکل NVMe را پشتيباني کند. در بخش‌هاي بعدي اين مقاله توضيحات بيشتري در زمينه اين پروتکل ارائه شده است.

مزاياي استفاده از ذخيرهسازهاي SSD نسبت به ديسکهاي مکانيکي

 توليد دماي کمتر: ذخيره‌سازهاي SSD هم دماي کمتري نسبت به هاردديسک‌هاي مکانيکي ايجاد مي‌کنند و هم مي‌توانند بازه دمايي بيشتري نسبت به هاردديسک‌هاي سنتي تحمل کنند.

 مصرف برق کمتر: ذخيره‌سازهاي SSD ميزان Power مصرف کمتري نسبت به ديسک‌هاي مکانيکي دارند. در عمل، هنگامي که به ‌جاي ذخيره‌ساز Hybrid از ذخيره‌ساز AFA استفاده مي‌کنيد، سه الي ۱۰ برابر کاهش مصرف برق مصرفي را شاهد خواهيد بود.

 مقاومت بيشتر در برابر تهديدات محيطي: مقاومت ذخيره‌سازهاي SSD در برابر جابه‌جايي و ضربه و گرد و خاک، بيشتر از ديسک‌هاي مکانيکي است. از اين رو در صورت جابه‌جايي ديسک ريسک کمتري خواهيد داشت. علاوه بر آن هم نويز کمتري توليد مي‌کنند و هم مقاومت آنها در برابر نويز و امواج الکترومغناطيسي بيشتر از ديسک‌هاي مکانيکي است.

 صرفهجويي در فضاي فيزيکي مرکز داده: در صورت استفاده از ذخيره‌سازهاي AFA و SSD، معمولاً دو الي۱۰ برابر در فضاي فيزيکي مرکز داده صرفه‌جويي خواهد شد.

 سرعت بيشتر: سرعت دسترسي به اطلاعات در اکثر انواع SSD بيشتر از هاردهاي مکانيکي است. اين ميزان بسته به نوع تکنولوژي استفاده شده و جزئيات فني معمولاً بين «چند» الي «چند هزار» برابر متغير است.

مقايسه فاکتورهاي ديگر در SSD و ديسکهاي مکانيکي

 در مقولاتي مانند پشتيبان‌گيري از اطلاعات، Snapshot و Replication، در صورت استفاده از ذخيره‌سازهاي SSD، هم بار دستگاه کاهش خواهد يافت و هم سرعت عمليات مربوطه بالا خواهد رفت.

 در زمينه فاکتورهاي۲ MTBF وAFR3که دو فاکتور مهم در بحث ديسک‌ها هستند ديسک SSD نسبت به ديسک‌هاي مکانيکي اوضاع بهتري دارد؛ به اين معني که احتمال وقوع مشکل فيزيکي براي ذخيره‌سازهاي SSD بسيار کم است.

 فاکتور بعدي که در زمينه ضريب اطمينان در ذخيره‌سازهاي SSD در عمليات Write اطلاعات اهميت دارد فاکتور P/E است. در اين زمينه تکنولوژي‌هاي مختلفي طراحي شده‌اند که P/Eهاي متفاوتي دارند. بسته به نياز مي‌توان تکنولوژي و مدل مورد نياز را تهيه کرد؛ به‌ عنوان مثال در صورتي که به P/E بالا نياز داريد بهتر است از تکنولوژي‌هاي eMLC ,۳DTLC يا SLC استفاده کنيد.

 سرعت ديسک‌هاي مکانيکي به مرور زمان پس از استفاده کندتر خواهد شد. اين موضوع دو دليل عمده دارد. دليل اول اين است که قطعات مکانيکي اين هاردديسک‌ها به مرور زمان استهلاک مي‌يابند و در نتيجه سرعت گردش ديسک آنها کاهش خواهد يافت. دليل دوم اين است که در زمان write ديتا، به دليل جزئيات فني روش کارکرد هاردديسک‌هاي مکانيکي، به مرور زمان Seek time افزايش خواهد يافت. بنابراين سرعت دسترسي به اطلاعات هم در Read و هم در Write کاهش مي‌يابد. گزارش‌هاي معتبر نشان مي‌دهد ميزان کندتر شدن ديسک‌هاي مکانيکي به مرور زمان، بين ۱۰ الي ۵۰ درصد است. اين مشکل در ديسک‌هاي SSD وجود ندارد.

 ديسک‌هاي SSD قيمت بيشتري نسبت به تکنولوژي هاردديسک‌هاي مکانيکي دارند. اين تفاوت قيمت بسته به تکنولوژي استفاده‌شده در ديسک SSD متفاوت است. البته در سال‌هاي اخير Vendorها تلاش زيادي در راستاي کاهش هزينه استفاده از تکنولوژي SSD کرده‌اند و هم تکنولوژي پايه نسبت به سال‌هاي قبل به ميزان چشمگيري کاهش يافته است و هم با ايجاد تنوع در انواع SSD مي‌توان بسته به نوع استفاده موضوع Price/Performance را بهينه کرد. در مجموع، در بسياري از شرايط، قيمت تمام‌شده ذخيره‌ساز AFA نسبت به ذخيره‌ساز Hybrid معادل قابل مقايسه است.

انواع ذخيرهسازهاي AFA

ذخيره‌سازهاي AFA در Vendorهاي مختلف مدل‌ها و جزئيات متفاوتي دارند. امروزه استفاده از تکنولوژي Flash محدود به Block Storage نيست و برخي وندورها محصولات File Storage و Object Storage مبتني بر Flash نيز به بازار عرضه کرده‌اند. به‌ طور کلان مي‌توان گفت Vendor اصلي اين حوزه تجهيزات All Flash خود را در سه دسته زير ارائه مي‌کنند:

 تجهيزات AFA مبتني بر SSD Drive با تکنولوژي ارتباطي SAS يا SATA: اين دسته از تجهيزات از نوعي SSD استفاده مي‌کنند که در بخش‌هاي قبل با نام SSD Drive از آنها نام برده شد. تکنولوژي مورد استفاده اين نوع دستگاه‌ها معمولاً eMLC يا ۳DTLC و استاندارد اتصالي آن به دستگاه SAS يا SATA است. اين تجهيزات مي‌توانند جايگزين خوبي براي تجهيزات Hybrid در مراکز داده‌اي که مشکل کمبود فضاي مرکز داده دارند به شمار روند. به ‌گونه‌اي که با جايگزيني يک دستگاه Hybrid با دستگاه AFA مي‌توان دو الي ۱۰ برابر در فضاي فيزيکي مرکز داده صرفه‌جويي کرد. از جمله استفاده‌هاي اين ذخيره‌سازها مي‌توان به محيط‌هاي مجازي سرور، محيط Virtual Desktop، محيط پايگاه داده OLTP و OLAP با سرعت دسترسي به اطلاعات بالا اشاره کرد.

 تجهيزات All Flash از نوع NVMe: پروتکل NVMe با هدف استانداردسازي رابط PCIe جهت مصارف ذخيره‌سازي اطلاعات طراحي شد. با توجه به اينکه اين پروتکل به‌ صورت اختصاصي براي IOهاي بالا طراحي شده است، Latency بسيار کمي در دسترسي به ذخيره‌ساز ايجاد مي‌کند، ميزان Queue بسيار بالاست و IOPS بسيار بالايي را پشتيباني مي‌کند. همچنين تعداد سيکل پردازنده‌اي۴  که براي يک عمليات Read/Write نياز دارد کمتر از نصف استانداردهاي SAS يا SATA است. تجهيزات AFA که از تکنولوژي NVMe استفاده مي‌کنند معمولاً از چند صد هزار تا چند ميليون IOPS پشتيباني مي‌کنند.

اين ذخيره‌سازها از قابليت‌هايي مانند online compression و online dedup استفاده مي‌کنند که حجم مورد نياز جهت ذخيره ديتاي سازمان را کاهش دهند. آمارها نشان مي‌دهد در صورت استفاده از اين قابليت‌ها، ظرفيت مورد نياز جهت ذخيره ديتاي سازمان ۲ الي ۲۰ برابر کمتر خواهد بود.

اصولا استفاده از تجهيزات AFA مبتني بر NVMe هزينه نسبتا بالايي دارد ولي درصورت استفاده از تکنولوژي‌هايي مانند online dedup و online compression هزينه آن، به تجهيزات ديگر ذخيره‌سازهاي Hybrid يا انواع ديگر AFA نزديک‌تر خواهد شد.

پينوشتها:

۱- All Flash Array

۲- min time between failure

۳-Annual Fail Rate

۴- CPU cycle

دسته بندی : مقالات

آخرین مطالب