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面對SSD的競爭,更大的容量(以單一裝置而言),與更低的單位容量成本,是傳統硬碟僅存的少許優勢,但其中容量更大一項,已即將為SSD所超越。當前最大容量10TB硬碟問世還不過1年時間,容量更大的15.3TB SSD已經在2016年上半年開始出貨,一舉逆轉硬碟原有的容量優勢。
從下半年起,主要的企業級儲存設備都將陸續支援15.3TB規格的SSD,但隨著這類超大容量SSD的應用,也給企業儲存帶來新的問題,進而將帶動新的儲存架構發展。
容量增長速度驚人的SSD
在技術進步的驅動下,無論硬碟還是SSD的容量都在持續增長,但兩者的成長速度不同。由於儲存裝置的外型尺寸規格是固定的,所以是透過容量密度的提高來使容量向上增長,硬碟容量的成長取決於磁錄技術進步所帶來的磁錄密度成長,而SSD的容量成長則取決於半導體制程技術的進展。相較於硬碟磁錄技術,半導體制程技術的進步更快,也給SSD帶來更快的容量成長速度。
SSD雖然直到2013年初才突破1TB容量,而同時期的硬碟最大容量已有6TB。但2年後,市場上就有4TB容量的SSD可買,相較之下,硬碟容量從1TB成長到4TB,便花了將近5年時間。
而到了2016年中的現在,硬碟最大容量雖然從3年前的6TB增加到10TB,提升了66%的容量,但在SSD方面,隨著3D NAND Flash記憶體技術的實用化,SSD容量更是以倍於從前的速度持續增長,2015年初出現了6TB SSD,2016年初又有13TB容量的SSD上市,現在更大的7.68TB與15.3TB容量SSD,也都即將在下半年上市,較3年前增加了15倍。
硬碟容量從1TB成長到當前的10TB,足足花了8年多,相對的,SSD從1TB成長到15TB容量,卻只花了3年多,由此可見兩種儲存媒體的容量成長速度差異。
而且10TB硬碟是屬於3.5寸規格,而SSD的標準規格是2.5寸,以更小的尺寸卻能提供高出50%以上的容量,因此雙方的容量密度還有著更大的差距。
一直到2016年上半年之前,硬碟相對於SSD都還擁有容量優勢,但隨著SSD導入3D NAND技術,從2015年起儲存容量便急速增長,到2016年上半年已正式超越硬碟。
超大容量SSD即將進入企業儲存應用
直到今年5月之前,企業級儲存設備可用的2.5寸SSD,最大容量仍是3.84TB,多數產品支援的最大容量規格則是3.2TB。
不過,隨著三星的15.3TB容量SSD在2016年上半年開始出貨(2015年8月發表),企業儲存設備也陸續支援了這種超大容量SSD。
例如,在5月底發布的ONTAP 9作業系統中,NetApp宣布將支援15.3TB的SSD,是第一個支援這種容量規格的企業級儲存系統。接下來HPE亦在6月初宣布,旗下的3PAR StoreServ儲存產品線將支援7.68TB與15.3TB SSD(目前StoreServ 8000系列型錄中,已有7.68TB SSD可選,15.3TB款式應會在稍晚提供)。Dell亦向我們透露,將在下半年為主力儲存產品線與伺服器產品,引進7.68TB與15.3TB的SSD。
雖然7.68TB與15.3TB的SSD上市初期的價格仍十分昂貴(市價據稱達到2~4萬美元),但可一舉將儲存系統容量提高2~4倍,因此我們可以預期,到了今年年底時,主要儲存與伺服器供應商,都會陸續支援這類型SSD。
不過從另一方面來看,隨著這類超大容量SSD的導入,也企業儲存應用帶來下列新的問題。
系統可用性疑慮增加
隨著SSD儲存容量的增加,如今只需較少數量的SSD,就能組成相同容量的儲存陣列。例如在主流企業端SSD最大容量只有3.2TB的過去,必須使用16台SSD才能組成50TB的儲存群組,現在改若用15.3TB SSD便只需4台。但這也意味著,當一台SSD失效時,所造成的影響也更大。
以前面那個例子來說,使用3.2TB SSD組成50TB儲存群組時,每台SSD平均保存整個系統6%資料量,一台SSD失效時,只有6%的資料需要重建;而換成15.3TB SSD時,由於每台SSD保有整個系統25%的資料,一旦失效,就得重建多達25%的資料量,需要的重建時間與資料遺失風險都大幅提高了數倍。
事實上,隨著單一磁碟機容量增加,造成RAID群組資料重建時間大幅增長的問題,在4TB、6TB等大容量硬碟問世時就已經存在,現在當SSD容量趕上甚至超越硬碟後,由SSD組成磁碟群組的環境,也開始要面臨這個問題。
亟需引進新一代RAID保護技術
傳統的RAID技術必須在磁碟群組中指定備用的Hot Spare磁碟,當磁碟失效、必須進行資料重建時,寫入負擔將集中在Hot Spare磁碟上,以致成為重建時的效能瓶頸,因此需要重建的資料量越大,重建時間也將以線性增長。
當硬碟或SSD容量達到10TB以上時,如果再繼續使用傳統RAID技術,勢必將面臨重建時間過長,以及系統可靠性不足的問題。
要解決這個問題,必須分為2個層次來處理。
首先,是必須提高磁碟群組的可靠性。當單一磁碟機或SSD的容量達到數TB程度時,由於需要的重建時間已相當長,只允許整個群組損失1台磁碟的RAID架構是不夠用的,在漫長的重建期間內,若有另1台磁碟失效,整個群組便無法恢復,所以至少必須提供等同於RAID 6、允許損失2台磁碟的架構,才能保證系統進行資料重建時,還擁有基本的保護能力。
而當單一磁碟容量達到10TB等級時,磁碟失效所需的重建時間又增加了數倍,此時RAID 6等級的保護也不夠充分,將需要透過Erasure code技術,引進更多的校驗磁碟來確保可靠性。例如NetApp新提出的RAID-TEC,與Nimble Storage的RAID 3P+等技術,都提供了允許磁碟群組損失3台磁碟的容錯能力,
其次,是必須設法減少磁碟群組重建時間。這需要捨棄傳統RAID架構,改用分散式的新型RAID架構,不再使用單一的Hot Spare磁碟,而是將重建負擔分散到所有磁碟機,藉此大幅提高系統的重建效率。例如HPE 3PAR的FAST RAID、NetApp的動態磁碟池(Dynamic Disk Pool)、Dell源自Compellent的動態區塊(Dynamic Block),或是華為的RAID 2.0等,都是屬於這類新創的RAID架構。
對專屬規格SSD需求減少
先前曾有某些廠商,透過專屬的Flash模組,來提供大於標準2.5寸SSD的容量,或是超越SATA/SAS等標準傳輸介面的效能。
例如HDS在2013年中發表HUS VM全快閃儲存陣列時,便發表了比同時期標準規格SSD容量大了4倍的3.2TB專屬FMD模組。稍後IBM 2014年初發表的Flash System 840,也提供了4TB容量的專屬Flash儲存模組。接下來HDS又在2015年底發表6.4TB的FMD模組,也比同時期標準規格SSD的最大容量多了近70%。
但在3D Flash記憶體技術的應用下,現在只需使用2.5寸標準規格的SSD,就能提供更大的容量,搭配NVMe等新型I/O介面,也能提供十分可觀的效能,因此,專屬規格Flash模組的價值明顯已經大幅降低。
市面上第一款15.3TB容量硬碟,是三星的PM1633Ma,利用48層的3D V-NAND Flash晶片組成512GB容量的記憶體封裝,然後結合32組記憶體封裝成為15.3TB超大容量的SSD,但外型仍是標準的2.5寸規格,採用12Gb SAS介面。NetApp、HPE與Dell的儲存設備都將陸續支援這款SSD。