Твердотельные диски приходят в корпоративный сектор

Прошло примерно три года с тех пор, как в системах хранения корпоративного уровня в качестве опции впервые стали поддерживаться твердотельные диски (Solid State Disk, SSD). Эти накопители обеспечивают существенное повышение скорости чтения и записи данных по сравнению с традиционными жесткими дисками класса Enterpise, а благодаря отсутствию в них вращающихся пластин гораздо меньше потребляют энергии и выделяют тепла, чем классические винчестеры. В то же время корпоративный сектор предъявляет повышенные требования к отказоустойчивости хранения данных, поэтому не торопится внедрять накопители, чья надежность не доказана многолетним опытом эксплуатации. Чтобы выяснить, какую роль твердотельные накопители играют сегодня в индустрии систем хранения, мы опросили представителей ряда вендоров СХД и системных интеграторов.

Прежде всего нас интересовало, как часто заказчики используют твердотельные диски в системах хранения и серверах. По словам Павла Миневича, ведущего инженера департамента “Центр разработки инфраструктурных решений” компании “Ай-Теко”, “…в данный момент почти 100% high-end-систем и около 60% систем хранения среднего уровня, продаваемых этим интегратором, содержат твердотельные накопители. Серверы с такими дисками или PCI-E-платами менее востребованы, но интерес заказчиков к таким решениям постоянно растет”. А Николай Ульрих, начальник сектора дисковых подсистем хранения данных компании “Техносерв”, отмечает: “Все большую популярность набирает многоуровневое хранение данных с автоматическим перемещением часто используемых блоков данных на более быстрые типы носителей, а реже используемых — на медленные (например, FAST VP от ЕМС) в соответствии с настроенными политиками у заказчика, поэтому во многих новых поставках СХД присутствуют диски SSD. Кроме того, в системах класса mid-range можно использовать SSD для увеличения кэш-памяти массива”. В свою очередь Денис Серов, руководитель направления технического консультирования “ЕМС России и СНГ”, сообщил, что в подавляющем большинстве СХД EMC эти диски используются в качестве кэширующего уровня хранения для бизнес-критичных приложений.

По наблюдению Антона Банчукова, менеджера по корпоративным продуктам Dell в России, “…все больше организаций, которым нужна высочайшая производительность системы с точки зрения операций ввода-вывода и у которых нет требований к обработке больших объемов данных, используют твердотельные диски”. К приложениям, которые больше всего выиграют от использования SSD, он относит транзакционные системы и высоконагруженные базы данных, а также почтовые сервисы.

Ирина Яхина, руководитель отдела технологических решений Hitachi Data Systems, считает: “Рост популярности технологии многоуровнего хранения данных логично повысил актуальность накопителей SSD, поскольку SSD в СХД позволяет оптимально размещать информацию на механических и твердотельных дисках с различной стоимостью хранения и разной скоростью доступа к ней. Таким образом, используя всего несколько SSD, можно получить значительный прирост производительности при приемлемой стоимости хранения данных. Поэтому SSD очень часто закупаются заказчиками в составе массивов среднего и старшего уровней”. Сергей Мелехов, менеджер по серверным продуктам Oracle EECIS, сообщил, что особенно часто заказчики этой компании применяют твердотельные диски для обслуживания СУБД Oracle.

Итак, как мы видим, использование твердотельных дисков в СХД корпоративного класса уже перестало быть “экзотикой”, однако, как указывает Роман Володин, руководитель отдела СХД компании “Инфосистемы Джет”, они пока не стали массовым продуктом — в первую очередь из-за цены, а также из-за сложности их внедрения в имеющиеся комплексы и ограниченного жизненного цикла.

Мы поинтересовались у наших экспертов, насколько, по их мнению, твердотельные диски сегодня удовлетворяют тем критериям, которые предъявляются к надежности систем корпоративного класса.

Как пояснил Антон Банчуков: “Этот вопрос — первый, который задают себе заказчики, рассматривая возможность использования твердотельных дисков в собственной инфраструктуре”. Он считает, что существует много мифов о ненадежности твердотельной памяти, так как технология SSD сначала не обеспечивала необходимую надежность, особенно в сегменте потребительских продуктов, но сейчас показатели среднего времени наработки на отказ твердотельных дисков корпоративного класса приближаются к параметрам жестких (1 млн. часов и даже больше против 1,5 млн. часов у жестких дисков), причем по отзывам крупнейших заказчиков Dell процент выхода из строя твердотельных жестких дисков не отличается от такового для дисков обычных. Антон Банчуков полагает, что основная масса проблем возникает не с чипами памяти, а с работой контроллера и ошибками в коде прошивки, важнейшей части любого SSD.

Денис Серов указывает на использование различных технологий, обеспечивающих надежность хранения данных на флэш-дисках, в том числе одноуровневой флэш-памяти SLC, механизмов контрольных сумм и “выравнивания” износа ячеек, которые снижают риск потери данных, хранящихся на SSD, до уровня надежности корпоративных систем. С экспертами из Dell и EMC согласна и Ирина Яхина, указавшая на различные способы улучшения надежности SSD.

Александр Шумилин, менеджер по продуктам ISS, “HP Россия”, подчеркивает, что в твердотельных дисках отсутствуют механические детали, поломка которых чаще всего является причиной выхода из строя традиционных жестких дисков. Он обращает внимание на возможное различие заявляемых производителем и фактических характеристик твердотельного накопителя. Например, выбирая поставщиков компонентов для своих серверных платформ, HP проводит ряд тестов для проверки технических параметров, и из множества производителей SSD-дисков она отобрала всего несколько компаний, продукция которых отвечает требованиям по качеству и соответствует заявленным показателям. Он также обращает внимание на использование в серверах HP ProLiant алгоритма контроля состояния твердотельных накопителей HP SmartSSD Wear Gauge, который собирает статистику по числу циклов записи и заранее оповещает администратора о необходимости замены твердотельного диска.

Дмитрий Агеев, бренд-менеджер систем хранения данных IBM класса high-end, подчеркивает, что его компания для компенсации эффекта “истирания” ячеек твердотельной памяти снабжает поставляемые для своих СХД диски SSD двойным “запасом прочности”: резервные чипы используются для замены неисправных ячеек, а сама система хранения всегда старается писать данные последовательно на диск, а не перезаписывать несколько раз один и тот же блок.

Сергей Мелехов отмечает, что современные твердотельные диски SLC гарантированно поддерживают 100 тысяч циклов перезаписи, поэтому если использовать SSD для хранения индексов СУБД Oracle, то они проработают без отказа более восьми лет, что, по мнению этого эксперта, свидетельствует о высокой надежности твердотельных дисков, которая уже превышает надежность жестких дисков. Николай Ульрих сообщил, что по опыту внедрения этих дисков у корпоративных заказчиков “Техносерва” среднее время наработки на отказ у SSD, применяемых в СХД, сопоставимо с тем же параметром у обычных жестких дисков — 10 тыс. и 15 тыс. об/мин.

Таким образом, эксперты сходятся во мнении, что несмотря на проблему “износа” ячеек памяти диски SSD по надежности соответствуют требованиям к накопителям для СХД корпоративного класса.

Какие же причины мешают SSD стать таким же стандартным компонентом современной системы хранения, как жесткие диски? Практически все эксперты называют два основных препятствия широкому применению твердотельных дисков — это высокая цена и сохраняющиеся у покупателей сомнения в надежности СХД. Как указывает Антон Банчуков, “…многие заказчики при выборе сравнивают не только стоимость операций ввода-вывода, но и стоимость гигабайта хранимой информации. Они пытаются всю свою базу данных поместить на твердотельный носитель. Разумеется, получается дорого; при этом не все понимают, что из самой базы данных максимальная производительность требуется в среднем только от 10—15% данных, остальные лежат мертвым грузом. Для решения этой проблемы важно иметь СХД с технологиями, которые позволят автоматически распределять данные между быстрыми дисками, такими как SSD, и медленными и дешевыми, как жесткие диски SAS 10K или SATA. Если вендор предоставляет такую возможность, то препятствий для внедрения SSD и повышения производительности сегодня не существует”.

Денис Серов сомнения консервативной части заказчиков в надежности твердотельных дисков объясняет тем, что рынок сейчас наводнен флэш-картами, которые не обладают износостойкостью и поэтому быстро “выгорают”.

Ирина Яхина указывает: “С развитием флэш-памяти стоимость твердотельных накопителей неуклонно снижается, и теперь уже не только очень крупные заказчики могут позволить себе приобретение систем с SSD”. Она говорит, что недавно появившиеся на рынке диски eMLC (Enterprise MLC) практически не уступают по надежности дорогим накопителям SLC, но в то же время по цене доступны широкому кругу покупателей. По прогнозу Александра Шумилина, “…со временем цена на SSD будет падать так же, как это происходит с памятью, и уже через год число компаний, покупающих SSD-диски вместо SAS, значительно возрастет”.

Павел Миневич также считает, что SSD-накопители не могут пока обеспечить высокую плотность хранения данных. Кроме того, многим клиентам вполне хватает производительности традиционных СХД на жестких дисках, и им не имеет смысла тратить деньги на дорогое решение, превосходящее их потребности. По мнению Николая Ульриха, из-за высокой цены “процентное соотношение SSD в новых поставках пока не так велико, и данный тип накопителей в основном используется для высоконагруженных buisiness-critical-систем”.

Мы попросили наших экспертов рассказать также и о том, какие с их точки зрения новейшие технологии твердотельной памяти дисков памяти наиболее перспективны для корпоративного сектора. Антон Банчуков указывает: “Основным лимитирующим фактором производительности этого типа памяти сегодня является использование дискового контроллера, при помощи которого флэш-память воспринимается системой как диск. Если убрать этот лимитирующий фактор, то появляется гораздо больше возможностей эффективно использовать предоставленную производительность”. В качестве примера решения этой проблемы он приводит технологии компании FUSION-IO, которые позволяют подключать флэш-чипы напрямую к шине PCI Express, что обеспечивает производительность на один или даже два порядка быстрее, чем твердотельный диск. Денис Серов из EMC обращает внимание на поставляемые его компанией карты флэш-памяти VFCache, которые применяются для кэширования данных на уровне сервера, и на уже упоминавшуюся выше технологию eMLC, а также память PRAM (Phase Change RAM), позволяющую записывать данные в ячейки флэш-памяти без предварительного их обнуления и значительно превосходящую по быстродействию обычную флэш-память NAND, и гибридные диски, в которых для обеспечения быстрого доступа к данным применяется SDRAM для первого уровня кэширования, второй уровень строится на флэш-памяти, а для постоянного хранения данных используется классическая технология магнитного носителя.

Павел Миневич указывает, что для задач с очень высокими требованиями к производительности ввода-вывода (сотни тысяч IOPS), например суперкомпьютерных вычислений, биллинговых систем и процессинга банковских карт, имеет смысл использовать СХД, полностью построенные на флэш-памяти, в которых отсутствуют жесткие диски.

Роман Володин в качестве технологий, крайне важных для успешного применения твердотельных дисков, назвал автоматическое многоуровневое перемещение данных (automated storage tiering) и выполняемые в реальном времени дедупликацию и компрессию, поскольку они позволяют уменьшить стоимость хранения одного терабайта данных.

Таким образом, перспективные технологии твердотельных дисков позволяют корпоративным заказчикам более эффективно использовать эти накопители в своих системах хранения.