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SSD硬盘将如何主导数据中心存储？主要是六大原因
2022-10-12 10:33:53
第一个基于闪存的固态 (SSD) 驱动器出现在 12 年前，但直到现在，该技术才有望取代数据中心的机械 (HDD) 驱动器，至少在主存储中是这样。为什么需要这么长时间？毕竟，带有随机 I/O 的闪存驱动器比 HDD 快 1000 倍。
造成这种情况的部分原因是忽略了系统，只关注存储元件和 CPU。这导致业界关注其每 TB 的成本，而真正的重点应该是比较使用和不使用闪存的解决方案的总成本。简而言之，大多数系统都受 I/O 限制，使用闪存不可避免地意味着相同工作负载需要更少的系统。这通常会抵消成本差异。
存储行业的转折点出现在全闪存阵列上：简单的插件设备可以立即显着提高存储区域网络 (SAN) 的性能。这已演变为两层存储模型，SSD 用作主存储层，速度较慢但价格较低的 HDD 用作辅助存储层。
将新的闪存模型应用于服务器可以提供更高的服务器性能，就像 SSD 的价格低于企业硬盘一样。 SSD 硬盘具有良好的经济性和更好的性能，现在是主存储层的首选。
今天我们看到了 NVMe（高速非易失性存储器）技术的兴起，该技术旨在取代串行连接 SCSI（SAS）和串行高级技术附件（SATA）作为主要存储接口。 NVMe 是一种非常快速、低开销的协议，可以处理数百万 IOPS，远远超过其前身。去年，NVMe 的价格已接近 SAS 驱动器的价格，使其成为更具吸引力的解决方案。而今年，人们将看到大多数支持 NVMe 端口的服务器主板，可能是支持 SATA 驱动器的 SATA-Express。
NVMe 是服务器的内部组件，但新的NVMe over Fabrics (NVMe-oF) 方法将 NVMe 协议从服务器扩展到 NVMe 驱动器阵列以及全闪存和其他存储设备，并为集群设计补充了新的超融合基础架构 (HCI) 模型。
然而，这些发展还没有结束。存储产品供应商已承诺在 2018 年生产 32TB 和 64TB 容量的 SSD。这比目前容量最大的 16TB HDD 大得多，在热辅助磁记录技术解决之前，HDD 将陷入困境。
然而，严酷的现实是 SSD 实现了 HDD 硬盘无法实现的外形尺寸。大硬盘大小为 3.5 英寸。如今，2.5 英寸外形尺寸的 32TB SSD 和 M2.0 和“尺子”（超薄 M2.0）等新外形尺寸的 SSD 将为小型设备提供大量存储容量。英特尔和三星可以在 1U 大小的设备中实现 PB 级存储。
二级存储市场发展缓慢，价格低廉，阻碍了SSD硬盘在二级存储市场的广泛应用。 3D NAND 和新型四级单元 (QLC) 闪存设备的兴起将在很大程度上缩小价格差距，而每个驱动器的巨大容量将通过减少设备数量来弥补剩余的价格差距。
SSD在二级市场有一个秘密武器：由于整个存储结构的额外带宽，使得去重和压缩成为可能，有效地将容量扩大5倍到10倍。这降低了每 GB QLC-Flash 解决方案的成本，低于 HDD 驱动器。
最终，也许在短短的三到四年内，闪存和ssd硬盘服务器将成为数据中心的主导存储产品，除了保守和顽固的用户之外，所有的人都将被淘汰。下面将深入探讨探索 SSD 将如何主导数据中心存储。
(1) 系统性能
x86架构推出37年来，CPU的发展速度遵循摩尔定律，每隔几年翻一番。在此期间，HDD 的随机访问速度仅提高了 3 倍。存储阵列带来了一些跨数据条带的并行访问，但并未提高 CPU 性能。
然后是 ssd 硬盘服务器，其中单个驱动器甚至比大型 HDD 存储阵列还要快。这导致了对存储系统的重新思考，得出的结论是 I/O 要求降低了，这意味着需要更少的服务器来处理相同的工作负载。例如，NVMe SSD 速度如此之快，以至于它们可以支持运行速度比传统 HDD 硬盘驱动器系统快 100 倍的内存数据库。
人们已经看到了这种新观点的结果。传统存储阵列的销售正在下降，供应商正在用 SSD 替换服务器中使用的企业级 SAS 驱动器。公平地说，快速硬盘是一个垂死的品种。
(2) 闪存芯片的定价
3D NAND的应用并不顺利，导致其价格下滑。 3D NAND 是一项可靠的技术，因为其生产问题已得到解决。它的价格再次开始下滑，但与 HDD 的价格差距仍约为三比一。
这一差距为 HDD 制造商提供了一些解决方案，但存储分层也会影响整个集群的总拥有成本，因此即使在大容量存储中，SSD 也被考虑在内。
2018 年，将有更多新的闪存代工厂投产。结合向 3D NAND、芯片堆叠和 QLC 技术的发展，他们将生产新一代的大容量主读取存储器，将取代二级存储空间，作为比任何 HDD 硬盘解决方案更低成本和更高效的解决方案。紧凑的选择。同样，对于任何给定的容量，将需要更少的存储设备。
(3) 存储分层
随着存储模型从大规模并行 HDD 演变为快速 SSD，快速主存储和缓存二级存储之间的分层存储概念已经出现。 HDD 驱动器可以满足慢速、大容量存储的需求，但 SSD 驱动器容量的快速增长以及 3D NAND 和 QLC 单元等低成本闪存的出现标志着向基于闪存的二级存储的转变。
此外，新增的压缩和重复数据删除功能有助于提高 SSD 的带宽，在大多数使用情况下，二级存储的有效容量可以扩展 5 倍至 10 倍。重复数据删除和压缩用于快速主存储，以节省二级网络存储的传输成本和带宽，从而显着节省二级存储获取成本。
(4) 新的存储软件
造成这种情况的部分原因是忽略了系统，只关注存储元件和 CPU。这导致业界关注其每 TB 的成本，而真正的重点应该是比较使用和不使用闪存的解决方案的总成本。简而言之，大多数系统都受 I/O 限制，使用闪存不可避免地意味着相同工作负载需要更少的系统。这通常会抵消成本差异。
存储行业的转折点出现在全闪存阵列上：简单的插件设备可以立即显着提高存储区域网络 (SAN) 的性能。这已演变为两层存储模型，SSD 用作主存储层，速度较慢但价格较低的 HDD 用作辅助存储层。
将新的闪存模型应用于服务器可以提供更高的服务器性能，就像 SSD 的价格低于企业硬盘一样。 SSD 硬盘具有良好的经济性和更好的性能，现在是主存储层的首选。
今天我们看到了 NVMe（高速非易失性存储器）技术的兴起，该技术旨在取代串行连接 SCSI（SAS）和串行高级技术附件（SATA）作为主要存储接口。 NVMe 是一种非常快速、低开销的协议，可以处理数百万 IOPS，远远超过其前身。去年，NVMe 的价格已接近 SAS 驱动器的价格，使其成为更具吸引力的解决方案。而今年，人们将看到大多数支持 NVMe 端口的服务器主板，可能是支持 SATA 驱动器的 SATA-Express。
NVMe 是服务器的内部组件，但新的NVMe over Fabrics (NVMe-oF) 方法将 NVMe 协议从服务器扩展到 NVMe 驱动器阵列以及全闪存和其他存储设备，并为集群设计补充了新的超融合基础架构 (HCI) 模型。
然而，这些发展还没有结束。存储产品供应商已承诺在 2018 年生产 32TB 和 64TB 容量的 SSD。这比目前容量最大的 16TB HDD 大得多，在热辅助磁记录技术解决之前，HDD 将陷入困境。
然而，严酷的现实是 SSD 实现了 HDD 硬盘无法实现的外形尺寸。大硬盘大小为 3.5 英寸。如今，2.5 英寸外形尺寸的 32TB SSD 和 M2.0 和“尺子”（超薄 M2.0）等新外形尺寸的 SSD 将为小型设备提供大量存储容量。英特尔和三星可以在 1U 大小的设备中实现 PB 级存储。
二级存储市场发展缓慢，价格低廉，阻碍了SSD硬盘在二级存储市场的广泛应用。 3D NAND 和新型四级单元 (QLC) 闪存设备的兴起将在很大程度上缩小价格差距，而每个驱动器的巨大容量将通过减少设备数量来弥补剩余的价格差距。
SSD在二级市场有一个秘密武器：由于整个存储结构的额外带宽，使得去重和压缩成为可能，有效地将容量扩大5倍到10倍。这降低了每 GB QLC-Flash 解决方案的成本，低于 HDD 驱动器。
最终，也许在短短的三到四年内，闪存和ssd硬盘服务器将成为数据中心的主导存储产品，除了保守和顽固的用户之外，所有的人都将被淘汰。下面将深入探讨探索 SSD 将如何主导数据中心存储。
(1) 系统性能
x86架构推出37年来，CPU的发展速度遵循摩尔定律，每隔几年翻一番。在此期间，HDD 的随机访问速度仅提高了 3 倍。存储阵列带来了一些跨数据条带的并行访问，但并未提高 CPU 性能。
然后是 ssd 硬盘服务器，其中单个驱动器甚至比大型 HDD 存储阵列还要快。这导致了对存储系统的重新思考，得出的结论是 I/O 要求降低了，这意味着需要更少的服务器来处理相同的工作负载。例如，NVMe SSD 速度如此之快，以至于它们可以支持运行速度比传统 HDD 硬盘驱动器系统快 100 倍的内存数据库。
人们已经看到了这种新观点的结果。传统存储阵列的销售正在下降，供应商正在用 SSD 替换服务器中使用的企业级 SAS 驱动器。公平地说，快速硬盘是一个垂死的品种。
(2) 闪存芯片的定价
3D NAND的应用并不顺利，导致其价格下滑。 3D NAND 是一项可靠的技术，因为其生产问题已得到解决。它的价格再次开始下滑，但与 HDD 的价格差距仍约为三比一。
这一差距为 HDD 制造商提供了一些解决方案，但存储分层也会影响整个集群的总拥有成本，因此即使在大容量存储中，SSD 也被考虑在内。
2018 年，将有更多新的闪存代工厂投产。结合向 3D NAND、芯片堆叠和 QLC 技术的发展，他们将生产新一代的大容量主读取存储器，将取代二级存储空间，作为比任何 HDD 硬盘解决方案更低成本和更高效的解决方案。紧凑的选择。同样，对于任何给定的容量，将需要更少的存储设备。
(3) 存储分层
随着存储模型从大规模并行 HDD 演变为快速 SSD，快速主存储和缓存二级存储之间的分层存储概念已经出现。 HDD 驱动器可以满足慢速、大容量存储的需求，但 SSD 驱动器容量的快速增长以及 3D NAND 和 QLC 单元等低成本闪存的出现标志着向基于闪存的二级存储的转变。
此外，新增的压缩和重复数据删除功能有助于提高 SSD 的带宽，在大多数使用情况下，二级存储的有效容量可以扩展 5 倍至 10 倍。重复数据删除和压缩用于快速主存储，以节省二级网络存储的传输成本和带宽，从而显着节省二级存储获取成本。
(4) 新的存储软件