Datacenter ssd что это

Обновлено: 07.07.2024

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.

Накопители используют для увеличения производительности в ноутбуках, планшетах и стационарных компьютерах. В этом материале поговорим о видах и основных отличиях накопителей. Разберемся, какой диск лучше выбрать для ваших условий. Также разберем особенности современного серверного NVMe SSD массива для хостинга.

Содержание:

Разновидности накопителей для хранения данных

Существует три вида технологий для хранения цифровых данных: HDD, SSD и NVMe. У каждой есть отличительные особенности, преимущества и недостатки.

Традиционный формат – это жесткий магнитный диск HDD. У этой модели простая конструкция – внутри находится крутящийся диск и шпиндель. С помощью механического процессора, головка считывает данные. Этот процесс требует времени и не всегда обеспечивает надежное хранение. Более востребованным считается твердотельный накопитель Solid State Drives. Он работает на основе памяти NAND-Flash, как флэшка.

Выбирают SSD, потому что:

он надежный из-за отсутствия подвижных частей;
у него продолжительный срок службы;
имеет выше скорость, чем версия HDD.

С таким механизмом потеря данных минимизируется, хотя интерфейс остается прежним. SSD-хостинг дороже жестких дисков, но обеспечивает клиента лучшим качеством, чем бюджетный HDD вариант. Если на дешевом накопителе произошла потеря информации, то вряд ли удастся ее восстановить.

Современными и улучшенными версиями для хостинга считаются NVMe серверные модели.

В чем особенности серверного NVMe?

Версия Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification относится к прогрессивному формату накопителей с протоколом для высокоскоростных носителей информации. Эта технология улучшена во многих параметрах – надежность хранения данных, скорость и совместимость.

Изготовляют их двух классов:

SSD для сервера или другое название – корпоративные (enterprise);
потребительские.

Рассмотрим NVMe SSD для сервера.

Серверный NVMe SSD накопитель обладает способностью напрямую связываться с центральной системой. В работе не возникает препятствий, потому что массив прекрасно совмещается с системами всех форматов. Данный вид хранения информации на хостинге имеет разные версии. PCIe NVMe могут отличаться емкостью, форматом контроллера Intel и типами памяти – есть на MLC, 3D XPoint.

Они выигрывают также в показателях выносливости, эту характеристику можно оценить по количеству полных перезаписей в день. Также понять, что агрегат будет выносливым, поможет показатель общего объема записываемой информации, то есть емкость накопителя. Пары емкости и выносливости могут разниться – 6,4ТБ / 3DWPD и 7,68ТБ / 1DWPD. В зависимости от этого их условно разделяют на типы: для центров обработки данных, производительные и повышенной емкости. Впрочем, каждый производитель подбирает формат по своим критериям.

Такой вид выделенного сервера выбирают все больше компаний по обработке данных, поскольку с ним быстрее совершаются процессы.

Сравнение характеристик NVMe SSD и SSD

У SSD был установлен интерфейс SATA под стандартные жесткие диски. Новый массив работает на шине современного типа – это PCI-e. Порты PCI-Express более оперативны в показателях скорости. Они обеспечивают увеличение скорости записи в 6 раз и количество обрабатываемых команд в 5 раз.

По времени службы NVMe серверный также, как и SSD-хостинг смогут функционировать длительный период. Они выдержат 1.5 млн. часов, в отличие от старой версии со сроком «жизни» в 50 тыс. часов. Для серверных видов используют исключительно такие форм-факторы, как E1.S, E1.L, NF1.

Компания Intel выпускает серверные NVMe SSD в пяти линейках. Модель с самыми высокими показателями выносливости – это DC: накопители на базе 3D XPoint (PCM). Также высокие позиции занимает DC P4800X — Плата PCIe HHHL PCIe 3.0 x4 и U.2 15мм. У современных форматов также есть поддержка S.M.A.R.T. NVMe сохранил лучшие характеристики, а в скорости и производительности даже превзошел хостинги SSD.

Посмотрите на параметры скорости и обработки запросов, чтобы понять разницу между разными видами накопителей:

Стоит ли переходить на NVMe SSD, если установлен SSD?

Многие компании действительно переходят на NVMe серверного формата, но нет однозначного ответа, стоит ли это делать вам. Нужно разобраться и оценить разные параметры устройства:

Он увеличивает скорость в 12 раз при чтении и в 6 раз для записи. Также у него 4-кратный рост скорости для запросов к базам данных. Этот фактор важен для современного Интернета, чтобы запускать скрипты сайтов. Провайдеров выбирают с ориентацией на хорошую скорость, а NVMe на сегодня – это наиболее скоростная версия. Сайт на платформе с медленным провайдером не будет иметь большого успеха.
Стоимость. Чтобы купить серверный NVMe SSD, нужно выделить больше средств. Но провайдеры, которые экономят, не предоставят хороших услуг для развития сайтов. Поэтому при корпоративном выборе накопителя не стоит экономить, так как результаты будут выше при большем вложении.
Надежность. Модель NVMe не подвержена ударам, защищена от вибраций и не имеет движущих частей, которые склонны к поломкам. Ее можно использовать в широком температурном диапазоне. Также процесс считывания данных продолжается, даже при заполненной памяти.

Стоит понимать, что в работе новые массивы используют порты PCI-Express. Поэтому для установки нового формата серверных моделей потребуется более тщательное техническое обслуживание и модернизация. Такая покупка обновления хостинга не будет рациональной для небольшого сайта. Для масштабного веб-проекта массив станет объектом, который обеспечить долгосрочное хранилище и оперативную скорость записи и чтения.

Все большее количество корпоративных центров обработки данных (ЦОД), требующих высокой пропускной способности и низкой задержки транзакций, которые ранее использовали жесткие диски (HDD), теперь сталкиваются с задержкой в производительности и переходят на использование твердотельных накопителей (SSD), представляющих собой современное решение для повышения производительности, эффективности и надежности ЦОД, а также для снижения эксплуатационных расходов.

Чтобы определить разницу между различными классами SSD, необходимо разобраться в двух основных компонентах SSD: контроллере флеш-накопителя (контроллере SSD) и энергонезависимой флеш-памяти NAND, используемой для хранения данных.

На современном рынке использование SSD и флеш-памяти NAND разделено на три основные группы:

Потребительские устройства (планшеты, камеры, мобильные телефоны),
Клиентские системы (нетбуки, ноутбуки, ультрабуки, моноблоки, настольные персональные компьютеры), встроенные/промышленные системы (игровые терминалы, специализированные системы, цифровые вывески)
Корпоративные вычислительные платформы (HPC, серверы ЦОД).

Однако выбор нужного устройства SSD для корпоративных ЦОД может быть долгим и сложным процессом, который будет включать в себя изучение и оценку множества различных поставщиков и типов SSD, поскольку не все накопители и типы флеш-памяти NAND одинаковы.

Накопители SSD призваны стать заменой или дополнением для жестких дисков (HDD) на основе вращающихся магнитных пластин и имеют различные форм-факторы (в том числе 2,5 дюйма) и коммуникационные протоколы/интерфейсы (например, Serial ATA (SATA) и Serial Attached SCSI (SAS)) для передачи данных из центрального процессора сервера.

Однако простота установки не гарантирует пригодность всех SSD для долгосрочного использования в корпоративных средах, для которых они выбираются; убытки от неправильного выбора SSD часто могут свести к нулю все начальную выгоду от экономии и роста производительности – накопители SSD могут преждевременно выйти из строя из-за избыточного количества операций записи, их постоянная скорость записи может значительно снизиться в течение ожидаемого срока службы или увеличить задержки в массиве накопителей, что приведет к их преждевременной замене.

Мы рассмотрим три основных параметра, отличающие SSD корпоративного и клиентского класса, чтобы помочь вам сделать правильный выбор при замене или добавлении дополнительных накопителей для корпоративного ЦОД.

Производительность

Благодаря использованию многоканальной архитектуры и параллельному доступу контроллера SSD к кристаллам NAND накопители SSD могут обеспечивать высочайшую скорость чтения и записи, как для последовательных, так и для случайных запросов данных из процессора.

В типичном сценарии использования ЦОД, включающем миллионы байт произвольных данных компании, в том числе совместные технические чертежи CAD, сейсмические данные для анализа (обработка больших объемов данных) или доступ к клиентским данным по всему миру для банковских транзакций, доступ к устройствам хранения должен осуществляться с минимальными задержками и может выполняться большим количеством клиентских устройств, которым нужен одновременный доступ к одинаковым данным без снижения скорости работы. Удобство пользователя обеспечивается низкой задержкой, повышающей продуктивность пользователя.

В случае клиентского использования доступ осуществляется одним пользователем или приложением; разность между минимальным и максимальным временем отклика (латентность) может быть больше для любых действий пользователя или системы.

На комплексные массивы накопителей, использующие SSD (например, сетевые хранилища, системы хранения с прямым подключением или сети хранения данных), негативное влияние оказывает несоответствие производительности, которое может привести к значительному повышению задержек массивов накопителей, снижению средней производительности и качества обслуживания, в восприятии пользователя.

В отличие от клиентских SSD, накопители SSD Kingston корпоративного уровня оптимизированы не только для пиковой производительности в течение первых нескольких секунд доступа; используя большую избыточную область, они также обеспечивают повышенную среднюю стабильную производительность в течение долгих периодов времени. Подробную информацию о конкретных накопителях можно найти на веб-сайте Kingston в разделе "Корпоративные SSD". 1

Это гарантирует постоянство производительности массива накопителей для организаций, ожидающих высокое качество обслуживания в течение периодов пиковой нагрузки.

Надежность

Флеш-памяти NAND свойственны некоторые ограничения: двумя самыми важными являются предельный расчетный срок службы (флеш-ячейка NAND изнашивается при повторной записи) и вероятность естественных ошибок.

В процессе производства флеш-памяти NAND каждый кристалл NAND вырезается из кремниевого листа и характеризуется исходной частотой ошибочных битов (BER или RBER).

BER определяет частоту возникновения естественных битовых ошибок флеш-памяти NAND без участия кода коррекции ошибок, которые контроллер SSD исправляет с помощью немедленной коррекции Advanced ECC (обычно называемой производителями контроллеров SSD коррекцией ошибок BCH ECC, Strong ECC или LDPC), не влияющей на доступ пользователя или системы.

Способность контроллеров SSD исправлять такие битовые ошибки может выражаться как коэффициент неисправляемых битовых ошибок (UBER) – “показатель искажения данных, равный количеству ошибок данных на чтение битов после применения определенного метода коррекции ошибок”. 1

В документах ассоциации отраслевых стандартов JEDEC от 2010 года JESD218A: "Требования к твердотельным накопителям (SSD) и способ тестирования надежности" и JESD219: "Нагрузки на твердотельные накопители (SSD), обеспечивающие надежность" указано и стандартизировано отличие накопителей корпоративного и клиентского уровня по множеству параметров, в том числе по способности выдерживать повышенные нагрузки записи, более экстремальные условия окружающей среды и восстановления с более высокой BER, по сравнению с клиентскими SSD. 2 3

Класс применения	Нагрузка (см. JESD219)	Активное использование (питание вкл.)	Экономное использование (питание откл.)	Требования по UBER
Клиентские	Клиентские	40° C 8 ч/день	30° C 1 год	≤10 -15
Для организаций	Для организаций	55° C 24 ч/день	40° C 24 ч/день	≤10 -16

Таблица 1 - JESD218A: Методика тестирования требований и надежности твердотельных накопителей (SSD)
© JEDEC. Воспроизведено по разрешению JEDEC.

В соответствии с предложенным JEDEC показателем UBER для SSD корпоративного уровня ожидается появление 1 невосстанавливаемой битовой ошибки с частотой 1 битовая ошибка на каждые обработанные 10 квадриллионов бит (

1,11 петабайт), при 1 битовой ошибке на каждый 1 квадриллион бит (

0,11 петабайт) для клиентских SSD.

SSD Kingston корпоративного уровня также имеют дополнительные технологии, обеспечивающие восстановление поврежденных блоков с помощью данных о чётности, хранящихся в других кристаллах NAND (как в массивах RAID, это позволяет восстанавливать определенные блоки, которые можно воссоздать с помощью данных о четности, хранящихся в других блоках).

Для дополнения технологий восстановления блоков данных, встроенных в корпоративные SSD Kingston, для обеспечения целостности данных при передаче от хоста к флеш-памяти и обратно также используется внутренняя схема сквозной защиты с периодическим созданием контрольных точек и циклической проверкой с избыточностью (CRC). Сквозная защита данных означает, что данные, получаемые из хоста, проверяются на целостность при хранении во внутреннем кэше SSD, а затем записываются или считываются из областей хранения NAND.

Наряду с расширенной защитой ECC от битовых ошибок в SSD корпоративного класса, SSD также могут содержать физическую электронику для распознавания отключения питания, управляющую конденсаторами хранения питания SSD. Поддержка защиты от сбоев питания в оборудовании контролирует входное питание SSD и в случаях внезапного отключения питания предоставляет электронике SSD временное питание с помощью танталовых конденсаторов, чтобы завершить все внутренние и внешние операции записи до отключения питания SSD. Электроника защиты от сбоев питания обычно требуется для приложений, в которых восстановление данных невозможно.

Защита от сбоев питания также может использоваться через встроенное ПО SSD с помощью частой записи данных в области кэша контроллера SSD (например, в таблицу FTranslation Layer) на накопитель NAND – это не гарантирует сохранность всех данных при сбое питания, но уменьшает эффект от небезопасного отключения питания. Защита от сбоев питания во встроенном ПО также гарантирует, что SSD сломается после небезопасного отключения.

Во многих ситуациях использование программно определяемого хранилища (Software Defined Storage) или кластеринг сервера могут снизить потребность аппаратной поддержки защиты от сбоев питания, потому что все данные реплицируются в отдельное независимое устройство накопления на другом сервере или серверах. ЦОД Web-scale часто предпочитают поддержке защиты от сбоев питания с помощью Software Defined Storage использование RAID-серверов для хранения избыточных копий одинаковых данных.

Длительный срок службы

Все типы флеш-памяти NAND, содержащиеся во флеш-устройствах хранения, постепенно теряют способность надежного хранения данных с каждым циклом программирования-стирания ячейки флеш-памяти NAND и достигают состояния, при котором надежное хранение данных невозможно; после этого необходимо деградировавший или испорченный блок удаляется из пула хранения данных. Логический адрес блока (LBA) при этом перемещается на другой физический адрес в массиве флеш-накопителей NAND. Новый блок накопителя заменяет неисправный с помощью пула запасных блоков (Spares Block), являющегося частью резервной области (Over Provisioned, OP) SSD.

Поскольку программирование или стирание данных ячейки происходит постоянно, BER линейно возрастает; по этой причине необходимо использовать в контроллере корпоративного SSD набор комплексных методов управления для обеспечения возможности надежного хранения данных в ячейке на протяжении всего ожидаемого срока службы SSD. 4

Количество допустимых циклов программирования-стирания (P/E) конкретной флеш-памяти может значительно варьироваться в зависимости от литографического процесса производства и изготавливаемого типа флеш-памяти NAND.

Тип флеш-памяти NAND	TLC	MLC	SLC
Архитектура	3 бита на ячейку	2 бита на ячейку	1 бит на ячейку
Емкость	Самая большая емкость	Большая емкость	Малая емкость
Срок службы (P/E)	Малый срок службы	Средний срок службы	Самый высокий срок службы
Стоимость	$	$$	$$$$
Приблизит. частота ошибочных битов NAND (BER)	10^4	10^7	10^9

Таблица 2 – Типы флеш-памяти NAND 5 6

Корпоративные SSD отличаются от клиентских SSD и по циклу нагрузки. SSD корпоративного класса должны выдерживать высокую нагрузку по чтению или записи в условиях, типичных для сервера ЦОД, требующего доступа к данным в течение 24 часов ежедневно, по сравнению с SSD клиентского класса, которые обычно используются полностью только 8 часов в день. Корпоративные SSD имеют цикл нагрузки 24x7, в отличие от клиентских SSD с циклом нагрузки 20/80 (20% времени активны, 80% в режиме ожидания или сна при использовании компьютера).

Расчет надежности при записи для любой области применения или накопителя SSD может быть сложным, поэтому комитет JEDEC также предложил показатель измерения надежности, использующий значение общего объема записанных данных хоста в терабайтах (TBW), для указания количества данных, которое может быть записано на SSD до того, как содержащаяся в нем флеш-память NAND станет малонадежной, и накопитель потребует замены.

С помощью предложенных JEDEC способов тестирования JESD218A и нагрузок для накопителей корпоративного класса JESD219 удобнее оценивать расчеты срока службы SSD, представленные производителями в TBW, и экстраполировать более наглядный показатель надежности, который можно применить к любому ЦОД.

Как отмечается в документах JESD218 и JESD219, нагрузки различных классов областей применения также подвергаются воздействию коэффициента увеличения объема записи (WAF), благодаря которому количество операций записи выше, чем действительное количество, отправленное хостом, что быстро приводит к неуправляемому износу флеш-памяти NAND, повышенной BER флеш-памяти NAND из-за избыточных операций записи в течение долгого времени и сниженной производительности из-за большого количества недействительных страниц на SSD.

Несмотря на то, что TBW является важным параметром, отличающим SSD корпоративного и клиентского классов, TBW – это модель оценки срока службы на уровне флеш-памяти NAND; для модели оценки срока службы и надежности уровня компонентов для компонентов, используемых в устройстве, применяется параметр "средняя наработка на отказ" (MTBF). Оценка срока службы компонентов накопителей SSD корпоративного класса учитывает превышение по сроку службы и повышенную нагрузку при управлении напряжением для всей флеш-памяти NAND в течение всего ожидаемого срока службы SSD. Все корпоративные SSD должны иметь показатель MTBF не менее миллиона часов, что эквивалентно более чем 114 годам! Kingston очень консервативно оценивает свои SSD, и можно часто видеть более высокие характеристики MTBF для SSD; важно заметить, что 1 миллиона часов более чем достаточно для корпоративных SSD.

Накопители SSD клиентского класса могут иметь только минимальные функции вывода S.M.A.R.T. для контроля SSD при стандартном использовании или после возникновения неисправности.

В зависимости от класса области применения и емкости SSD может выделяться расширенная резервная емкость флеш-памяти NAND. Резервная емкость скрыта от доступа пользователя и операционной системы и может использоваться как временный буфер записи для повышения усредненной производительности, а также в качестве замены дефектных ячеек флеш-памяти в течение ожидаемого срока службы SSD для увеличения надежности и срока службы SSD (с повышенным количеством запасных блоков).

Заключение

Существуют значительные различия между накопителями SSD корпоративного и клиентского классов: от количества циклов программирования-стирания флеш-памяти NAND до комплексных методов управления для соответствия нагрузкам различных классов областей применения.

Intel® SSD Pro 2500 480 GB

Стоит заметить, что уже в который раз подтверждается тезис, что более емкие накопители выгоднее приобретать - если у младшего представителя серии стоимость 1 ГБ составляет 0,87 $, то у старшего - 0,69 $.

Серверные решения

И завершаем статью серверным сегментом.

Начнем с SATA-накопителей - младшей серией в данной категории являются Intel ® SSD DC S3500, которые были представлены во втором квартале 2013 года.

В накопителях Intel SSD DC S3500 используется контроллер Intel PC29AS21CA0 и 20нм MLC-память. Присутствует на выбор как стандартные 2,5" SSD, так и 1.8", и М.2.

Время наработки на отказ/количество ГБ записи

Стоимость 1 ГБ информации

Млн часов/ТБ за срок эксплуатации

Intel® SSD DC S3500 80 GB

Intel® SSD DC S3500 120 GB

Intel® SSD DC S3500 160 GB

Intel® SSD DC S3500 240 GB

Intel® SSD DC S3500 300 GB

Intel® SSD DC S3500 480 GB

Intel® SSD DC S3500 600 GB

Intel® SSD DC S3500 800 GB

Intel® SSD DC S3500 1200 GB

Intel® SSD DC S3500 1600 GB

Стоит отметить, что, за исключением трех младших моделей, все остальные накопители имеют примерно одинаковую стоимость 1 ГБ.

Intel ® SSD DC S3510

Не так давно - во втором квартале 2015 года - линейка DC S3500 была обновлена до DC S3510. На сегодня в ней присутствуют накопители только в форм-факторе 2,5 дюйма.

Время наработки на отказ/количество ГБ записи

Стоимость 1 ГБ информации

Млн часов/ТБ за срок эксплуатации

Intel® SSD DC S3510 80 GB

Intel® SSD DC S3510 120 GB

Intel® SSD DC S3510 240 GB

Intel® SSD DC S3510 480 GB

Intel® SSD DC S3510 800 GB

Intel® SSD DC S3510 1200 GB

Intel® SSD DC S3510 1600 GB

Если посмотреть на рекомендованные цены, то видно, что средняя стоимость 1 ГБ снизилась с 0,91 до 0,74 $ по сравнению с предшествующей линейкой.

Intel ® SSD DC S3610

До первого квартала 2015 года, когда была представлена новая линейка SATA-накопителей DC S3610, у Интел были линейки DC S3500 и DC S3700, между которыми был огромный разрыв. Так например, SSD DC S3500/S3510 рассчитаны на средний ежедневный объем записи/перезаписи в размере 30-35% от емкости накопителя в течение всего гарантийного срока, а DC S3700 – 10-кратный объем от емкости. Необходим был промежуточный вариант. Накопители DC S3610 как раз и являются таким вариантом, предлагая 3-кратную перезапись всего накопителя ежедневно в течение всего гарантийного срока. Таким образом, SATA-накопители разделяются на три класса с соответствующей надежностью и стоимостью. На данный момент серия представлена только 2,5" накопителями.

Время наработки на отказ/количество ГБ записи

Стоимость 1 ГБ информации

Время наработки на отказ/количество ГБ записи

Intel® SSD DC S3610 200 GB

Intel® SSD DC S3610 400 GB

Intel® SSD DC S3610 480 GB

Intel® SSD DC S3610 800 GB

Intel® SSD DC S3610 1200 GB

Intel® SSD DC S3610 1600 GB

Intel ® SSD DC S3700

Линейка накопителей DC S3700 с повышенной надежностью была представлена в 4-м квартале 2012 года. Поставляются накопители в форм-факторе как 2,5", так и 1,8".

Время наработки на отказ/количество ГБ записи

Стоимость 1 ГБ информации

Млн часов/ГБ в день

Intel® SSD DC S3700 100 GB

Intel® SSD DC S3700 200 GB

Intel® SSD DC S3700 400 GB

Intel® SSD DC S3700 800 GB

Intel ® SSD DC S3710

В первом квартале 2015 года компания Интел обновила линейку DC S3700, попутно переименовав ее в DC S3710. Теперь для накопителей используется 20нм MLC-память. На сегодняшний день данные SSD присутствуют только в форм-факторе 2,5".

Время наработки на отказ/количество ГБ записи

Стоимость 1 ГБ информации

Млн часов/ПБ за срок эксплуатации

Intel® SSD DC S3710 200 GB

Intel® SSD DC S3710 400 GB

Intel® SSD DC S3710 800 GB

Intel® SSD DC S3710 1200 GB

Как можно заметить, средняя стоимость 1 ГБ у обновленной линейки ниже, чем у предшествующей - 1,48 $ против 1,82 $.

Это все имеющиеся у Intel накопители с интерфейсом SATA - остальные линейки используют интерфейс PCI Express, имеющий большую пропускную способность. Если накопители SATA имеют потолок в 6 Гбит/с, то 4 линии PCI Express 3.0 обеспечивают пропускную способность на уровне 32 Гбит/с в каждую сторону.

Аналогично сериям S3500/S3510/S3610/S3700/S3710, серии P3500/P3600/P3700 различаются в основном скоростными показателями и надежностью. Так, например, P3500 предполагают средний ежедневный объем записи/перезаписи в размере 30-35% от емкости накопителя в течение всего гарантийного срока, а показатель IOPS при чтении находится в районе 35 000; серия P3610 предполагает 3хкратную перезапись накопителя ежедневно в течение 5 лет, а показатель IOPS

70 000; старшая серия P3700 позволяет ежедневно 10 раз перезаписывать накопитель, а показатель IOPS

Intel ® SSD DC P3500

Самой младшей серией является DC P3500, представленная в первом квартале 2015 года. Данные накопители доступны как форм-факторе 2,5", так и в виде плат расширения. Скорость последовательного чтения составляет 2,7 ГБ/с у топового SSD, а показатель IOPS превышает 400 000.

Читайте также: