نوشته‌ها

بررسی انواع فناوری درایوهای جامد حرفه‌ای مناسب سرور

در حالي که تا چند سال گذشته استفاده از درايوهاي SSD در کسب‌وکارهاي حرفه‌اي و گسترده، سرورها و مراکز داده به دليل هزينه زياد و ظرفيت ذخيره‌سازي کم قابل تصور نبود، اکنون استفاده از هاردديسک در سرورها متوقف شده است و هر روز تعداد مراکز داده بيشتري مبتني بر حافظه‌هاي فلش و SSD پيکربندي مي‌شوند؛ گويي مسابقه و رقابتي براي به کارگيري اين نوع استاندارد ذخيره‌سازي در جهان به راه افتاده است. با وجود اينکه قيمت اين ذخيره‌سازها کاهش نيافته است، اما چه مزاياي رقابتي‌اي دارند که باعث از دور خارج شدن HDD شدند و نه تنها در حافظه رم و حافظه فلش، بلکه در فضاي ذخيره‌سازي با ظرفيت‌هاي بسيار بالايي مانند صد پتابايت نيز از SSD استفاده مي‌شوند.

فناوري و انواع SSD مراکز داده

درايوهاي SSD حرفه‌اي که در سرورها و مراکز داده استفاده مي‌شوند، با درايوهاي SSD کامپيوترهاي روميزي، نوت‌بوک، تبلت و مانند اين‌ها تفاوت‌هاي اساسي دارند. اين درايوها در محيط‌هاي با بار کاري و ترافيکي بسيار بالايي مانند پايگاه‌داده‌ها، بيگ ديتا، ايندکس و لاگ‌گيري فايل‌ها و تراکنش‌ها، تحليل اطلاعات و آمار و ارقام و مراکزي با ترافيک صدها گيگابايت اطلاعات در هر ثانيه استفاده مي‌شوند.

SSD مراکز داده که اصطلاحاً Enterprise SSD ناميده مي‌شوند و با همين برچسب در بازار به فروش مي‌رسند، به طور کلي با استفاده از حافظه‌هاي فلش NAND ساخته مي‌شوند که در مقايسه با هاردديسک‌هاي معمولي، کارايي بيشتر و مصرف انرژي کمتري دارند. همچنين اين درايوها در مقايسه با SSDهاي معمولي مزاياي بيشتري دارند. براي مثال، علاوه بر کارايي بسيار زياد، براي حفاظت از اطلاعات در هنگام قطع برق، از قابليتي به نام DRAM-Stored استفاده مي‌کنند، از الگوريتم تصحيح خطا (ECC) بهره مي‌برند، جنس بدنه مقاوم‌تر و سازگار با شرايط خاص دارند و سيستم خنک‌کنند‌گي آن‌ها متفاوت است. همچنين از ضمانت‌هاي طولاني‌مدت نيز بهره مي‌گيرند.

SSD اينترپرايز به گونه‌اي طراحي مي‌شود که در مقايسه با SSD معمولي، پايداري و سطح مقاومت بيشتري داشته باشد. اين درايوها از نوعي حافظه فلش NAND به نام Wear-Out استفاده مي‌کنند که امکان چندين بار پاک کردن و نوشتن مجدد چيپ‌ست SSD را فراهم مي‌کند. سازندگان SSD اينترپرايز طوري حافظه‌هاي NAND را با استفاده از تکنيک‌ها و الگوريتم‌هايي مانند Wear-Leveling، Self-Healing و Over-Provisioning طراحي و توليد مي‌کنند که در طول زمان بر استقامت آن‌ها افزوده شود. با استفاده از تکنيک Over-Provisionin، تعداد حافظه NAND بيشتري در درايو SSD اينترپرايز گنجانده مي‌شود تا در هنگام عمليات بازنويسي چيپ‌ست يا خرابي‌ها، استفاده و جايگزين شوند.

تنوع در استفاده از انواع حافظه‌هاي فلش NAND و تکنيک‌هاي مقاوم‌سازي و افزايش ظرفيت ذخيره‌سازي، سبب شده است اکنون در بازار با طيف‌هاي مختلفي از درايوهاي SSD مناسب مراکز داده روبه‌رو شويم

درايوهاي SSD اينترپرايز جديد که در سال‌هاي اخير عرضه شده‌اند، از يک سطح سلولي (SLC) حافظه NAND استفاده مي‌کنند که باعث مي‌شود هر بيت در يک سلول نوشته شده و در نتيجه، بيشترين سطح کارايي و پايداري با دوره زندگي (LifeCycle) نزديک به صد هزار بار نوشتن روي هر سلول به دست آيد. پيشرفت‌ها و بهبودهاي چند سال اخير در حوزه توليد حافظه‌هاي فلش، به سازندگان SSD اين قدرت را داده است که از انواع حافظه‌هاي فلش مانند Multi Level Cell (MLC) ،(TLC) Triple Level Cell و 3D NAND در ساخت SSD اينترپرايز استفاده کنند و در نتيجه با کمترين هزينه، بالاترين ظرفيت ذخيره‌سازي و پايداري را به دست بياورند. تنوع در استفاده از انواع حافظه‌هاي فلش NAND و تکنيک‌هاي مقاوم‌سازي و افزايش ظرفيت ذخيره‌سازي، سبب شده است اکنون در بازار با طيف‌هاي مختلفي از درايوهاي SSD مناسب مراکز داده روبه‌رو شويم که هريک براي محيط‌هاي کاري و کاربردهاي خاص طراحي و توليد شدند. براي مثال، شرکتي درايوهاي SSD با ظرفيت‌هاي بسيار بالا توليد مي‌کند که فقط مناسب استفاده در محيط‌هاي نرم‌افزاري و پايگاه داده‌اي با بار کاري بالا براي نوشتن و خواندن اطلاعات هستند. درايو SSD ديگري براي نوشتن کامل روي درايو در يک روز (DWPD) طراحي شده است؛ به اين معني که هر روز کل ظرفيت درايو پر شده و روز بعد دوباره از ابتدا بازنويسي و پر مي‌شود و در تمام سال اين فرايند تکرار خواهد شد. درايو ديگري ممکن است از فرايند 25 DWPD با ظرفيت‌هاي بسيار کم براي پشتيباني از اطلاعات حساس بهره ببرد.

همان‌طور که درايوهاي SSD حرفه‌اي از فناوري‌ها و تکنيک‌هاي مختلفي بهره مي‌برند؛ در شکل و قالب و رابط کاربري مختلفي به بازار عرضه مي‌شوند. رابط کاربري بيشتر اين درايوها يکي از مدل‌هاي serial ATA (SATA)، serial-attached SCSIم(SAS) و PCI Expressم(PCI-e) براي انتقال اطلاعات به واحدهاي پردازنده يا دريافت اطلاعات از آن‌ها است. از نظر اندازه نيز رايج‌ترين‌ها 5/2 اينچي هستند که به‌راحتي در باکس‌هاي هاردديسک‌ها جايگذاري مي‌شوند، اما اندازه‌هاي half-height half-lengthم(HHHL) با استفاده از افزودن کارت توسعه و مدل‌هاي M.2 که در اسلات‌هاي توسعه PCI-e کامپيوترهاي معمولي قرار مي‌گيرند، در بازار يافت مي‌شوند. همچنين مدل‌هاي DIMM نيز با چيپ‌ست و بردهاي کوچک براي ارتباط با مادربرد کامپيوترهاي معمولي عرضه شده‌اند.

دلايل مهاجرت

در حال حاضر، به نقطه‌اي رسيده‌ايم که استفاده از درايوهاي SSD توجيه‌پذير است. اين حافظه‌ها در شبکه‌هاي اينترپرايز و سرورها کارايي بسيار بالاتر و بهتري از خود نشان مي‌دهند که بر اثر آن با پردازش حجم کاري جديدي روبه‌رو مي‌شويم. همچنين اين درايوها توانسته‌اند رضايت کامل کاربران نهايي را جلب کنند و مدت زمان پاسخ‌گويي و اجرا بسيار مناسبي در شبکه‌هاي پرسرعت و بي‌درنگ نشان دهند. در بسياري موارد، SSD باعث جلوگيري از خريد سرور جديد مي‌شود و اين براي کسب‌وکارها بسيار اهميت دارد. چه دلايلي بهتر از اين‌ها براي مهاجرت از HDD به SSD سراغ داريد؟

در چند سال اخير و با ورود شرکت‌هاي بزرگ سازنده حافظه‌هاي NAND به دنياي سرورها و مراکز داده، SSD به نقطه اوج خود رسيده است. در مقايسه با هاردديسک‌هاي سنتي، درايوهاي جديد ذخيره‌سازي، مدت‌زمان تأخير کمتري دارند. درايوهاي SSD جديد در مقايسه با هاردديسک‌ها، حدود هزار برابر در واحد IOPS تأخير کمتري دارند، اما توان خروجي آن‌ها سه تا پنج برابر بيشتر است. به همين دليل مي‌توان گفت در سال جاري ميلادي، SSD به طور کامل در حال جايگزين شدن با HDD است.

صرفه‌جويي هزينه‌اي و کارايي، تنها دلايل استقبال از SSD نيست، برخي کارهاي خاص با اين درايوها بسيار ساده‌تر و سريع‌تر از گذشته انجام مي‌شود.

بدون شک، سرورهايي که مستقيماً از درايوهاي SSD به‌عنوان ذخيره‌ساز داخلي خود استفاده مي‌کنند، سريع‌تر هستند. پرواضح است که کسب‌وکارها، به سرورهاي کمتري براي بار کاري و ترافيک خود نياز خواهند داشت و در هزينه‌ها صرفه‌جويي مي‌شود. علاوه بر سرعت، درايوهاي SSD در طول عمر مفيد سرورها نيز تأثيرگذار هستند و کمک مي‌کنند سرورها بيشتر در شبکه استفاده شوند. فناوري‌ها و ابزارهاي نرم‌افزاري جديد نياز به جابه‌جايي هاردديسک‌ها با SSD را رفع کرده‌اند و تنها با اضافه کردن دو يا چهار SSD به سرور، مي‌توان به‌سادگي اطلاعات کم‌اهميت را روي هاردديسک‌ها کپي و از آن‌ها به‌عنوان ذخيره‌سازهاي جانبي استفاده کرد و در عوض، درايوهاي SSD به‌عنوان حافظه‌هاي اصلي سيستم به کار گرفته شوند.

صرفه‌جويي هزينه‌اي و کارايي، تنها دلايل استقبال از SSD نيست، برخي کارهاي خاص با اين درايوها بسيار ساده‌تر و سريع‌تر از گذشته انجام مي‌شود. براي مثال، اسکن مرتب ويديوهاي در حال ويرايش، نيازمند آرايه‌هاي RAID بزرگ براي کاهش تأخير هستند. اکنون، اين کار که در گذشته بسيار سخت و طاقت‌فرسا بود، به يمن ايستگاه‌هاي کاري مبتني بر SSD بسيار راحت و امکان‌پذير شده است. همين‌طور عمليات‌ جست‌وجو در پايگاه‌هاي داده به فضاهاي ذخيره‌سازي بسيار سريع نياز دارد. در دنياي تراکنش‌هاي مالي، درايوهاي SSD باعث کاهش تأخير دسترسي به جدول‌هاي مالي و در نتيجه کاهش هزينه‌هاي تراکنش‌ها در مقياس مگا-دلار در هر ثانيه شده‌اند.

سرورهاي SSD نيز باعث نجات سرويس‌هاي کلاود شدند. اولين مشکل سرويس‌هاي محاسبات ابري، تأخير و نرخ خواندن I/O روي تجهيزات ذخيره‌سازي بود. سرورها نمي‌توانستند به سرعت و بي‌درنگ درخواست‌هاي واحدهاي پردازشي گرافيکي با حجم زيادي حافظه رم را پاسخ‌گو باشند و بر حسب تقاضا بتوانند عمليات‌ را بدون تأخير تأثيرگذار و مختل‌کننده انجام دهند. اين وضعيت در سرورهاي مجازي و دستگاه‌هاي ذخيره‌سازي محلي وخيم‌تر مي‌شد. در حالي که بسياري از شرکت‌ها راه‌حل را استفاده از تعداد زيادي HDD براي بار کاري زياد مي‌دانستند، SSD به‌راحتي اين مشکل را حل کرد.

مراکز داده به تسخير SSD درآمدند

در گذشته‌هاي بسيار دور، سرويس‌هاي کلاود گسترده‌اي مانند AWS يا گوگل از ارائه سرويس‌هاي ذخيره‌سازي خودداري مي‌کردند و مشتريان بايد به سراغ سازندگان سرورهاي سنتي مانند سوپرميکرو، لنوو، کوانتا و ميتک اينترنشنال مي‌رفتند تا مستقيماً و به ازاي پرداخت هزينه، از فضاي ذخيره‌سازي استفاده کنند. در سال 2016، مراکز داده سطح متوسط بازار به راهکار جديد و به‌صرفه‌اي دست پيدا کردند. اين مراکز داده به سراغ سازندگان سرور ODM رفتند تا از درايوهاي SSD در سيستمشان استفاده کنند. در اين حالت و با SSD، هزينه هر يک ترابايت حدود 300 دلار ‌مي‌شد، اما هزينه يک ترابايت هاردديسک SAS روي سرورهاي دل، حدود 700 دلار خرج دارد. حتي اگر شرکت‌هاي ODM سرور، از SSD استفاده کنند، 960 گيگابايت فضاي ذخيره‌سازي روي SSD حدود 533 دلار هزينه دارد که باز هم در مقايسه با 300 دلار زياد است. اين قيمت‌ها داستان بي‌اساس گران‌تر بودن SSD را به چالش مي‌کشند. در گذشته، هرگاه از شرکت‌هاي ODM درباره اينکه چرا امکان استفاده از SSD را فراهم نمي‌کنند سؤال مي‌شد، پاسخ مي‌دادند که بسيار گران‌تر از هاردديسک‌هاي سنتي هستند و به‌خصوص در سرورها و مراکز داده که حجم زيادي از ذخيره‌سازي اطلاعات دارند، اين گران‌تر بودن گاهي چندين برابر مي‌شود. اين تصور زماني درست است که SSD را از شرکت‌هاي سازنده آرايه‌هاي ذخيره‌سازي تهيه کنيد؛ از آنجا که اين شرکت‌ها، درايوهاي SSD را بر اساس معماري خودشان تغيير مي‌دهند، آن را گران‌تر مي‌فروشند، اما وقتي درايو SSD خامي را از بازار تهيه کنيد، حتي ارزان‌تر از سيستم‌هاي ذخيره‌سازي سنتي مبتني بر هاردديسک خواهد بود.

کارشناسان شبکه‌هاي کامپيوتري و مراکز داده پذيرفته‌اند که در اين حوزه و بازار، کارايي SSD بهتر از HDD بوده و بهتر است در تجهيزات ذخيره‌سازي، حافظه‌هاي رم، حافظه‌هاي فلش ابررايانه‌ها و حافظه‌هاي جانبي، از درايوهاي SSD استفاده کنند.

موضوع بعدي درباره SSD، به طول عمر کارايي مؤثر آن برمي‌گردد. در گذشته، اين باور اشتباه وجود داشت که طول عمر مفيد حافظه‌هاي فلش کمتر از هاردديسک‌ها است، ولي امروزه ثابت شده طول عمر مفيد SSD پنج سال است؛ در حالي که حافظه فلش MLC فقط چهار سال عمر مي‌‌کند. اگر دوره تازه‌سازي سرور 36 ماه باشد، قالب حافظه‌هاي فلش بيشتر از اين دوره عمر خواهند کرد و بنابراين دليلي براي استفاده نکردن از آن‌ها در سيستم سروري يا مراکز داده وجود ندارد.

همين دلايل باعث شده است رقابت شديدي ميان عرضه‌کنندگان SSD براي سرورها و مراکز داده به وجود آيد و شرکت‌هاي بزرگي مانند سامسونگ، دل، اينتل، آي‌بي‌ام، سوپرميکرو، سن ديسک، ميکرون و مانند اين‌ها، در دو سال اخير چندين نوع حافظه فلش و SSD به طور اختصاصي براي استفاده در سرورها و مراکز داده وارد بازار کنند و هريک در تلاش باشند فناوري‌هاي پيشرفته‌اي را به کار بگيرند تا هم سرعت افزايش يابد، هم حجم فيزيکي کاهش پيدا کند، هم ظرفيت بيشتر شود و در نهايت قيمت تمام‌شده براي هر گيگا – دلار کمتر شود.

چرا کارايي SSD بهتر از HDD است؟

کارشناسان شبکه‌هاي کامپيوتري و مراکز داده پذيرفته‌اند که در اين حوزه و بازار، کارايي SSD بهتر از HDD بوده و بهتر است در تجهيزات ذخيره‌سازي، حافظه‌هاي رم، حافظه‌هاي فلش ابررايانه‌ها و حافظه‌هاي جانبي، از درايوهاي SSD استفاده کنند. اما چرا کارايي SSD بهتر از HDD است؟

نخست اينکه SSD محدوديت‌هاي سيستم‌هاي RAID را پوشش مي‌دهد. قالب کنترلرهاي RAID در پيکربندي RAID 5 از نظر سرعت دچار تنگناهايي مي‌شوند که درايوهاي SSD اين مشکل را برطرف مي‌کنند. چون اين درايوها سريع هستند و براي مثال چهار SSD در کنار يکديگر مي‌توانند خروجي برابر با 6/1 گيگابايت IOPS را ارائه کنند، بنابراين از هر موتور کنترلر RAID XOR سريع‌تر هستند. در اين شرايط، موتورهاي RAID بهتر مي‌توانند کارها را پيش ببرند و با کمک پردازنده‌ها، وقفه‌هاي رخداده را نيز رفع کنند. هنگامي که از درايوهاي SSD در سيستم‌هاي ذخيره‌سازي استفاده مي‌شود، بهتر است براي محافظت از اطلاعات، پيکربندي‌هاي RAID 1 يا RAID 10 انتخاب شوند.

دوم، اگر نيازهاي ظرفيتي ذخيره‌سازي سرورها را در نظر بگيريم، متوجه خواهيم شد که درايوهاي SSD در مقايسه با HDD انتخاب بهتري هستند. نرم‌افزارهاي محک‌زني نشان مي‌دهند درايو SSD با ظرفيت 128 گيگابايت، در مقايسه با هاردديسکي با ظرفيت 500 گيگابايت و قيمت 150 دلار، کارايي بسيار بيشتري دارد. بنابراين، اگر نيازهاي ظرفيتي ذخيره‌سازي سرور در حدود 128 گيگابايت است، دليلي وجود نخواهد داشت که به سراغ خريد هاردديسک 500 گيگابايتي برويم.

آينده

شرکت‌هايي مانند «اينتل» و «سامسونگ»، در حال توسعه حافظه‌هاي فلش 3D NAND هستند و در تلاشند ظرفيت ذخيره‌سازي روي Die را افزايش دهند. اينتل با همکاري ميکرون توانسته است روي يک Die ظرفيت 48 گيگابايت، اطلاعات را با ساختار 32 لايه‌اي از سلول‌‌هاي 3D NAND ايجاد کند که در نتيجه آن شاهد عرضه درايوهاي SSD حرفه‌اي با ظرفيت چندترابايت خواهيم بود. پيش‌بيني مي‌شود در سال 2018 درايوهايي مناسب مراکز داده با ظرفيت‌هاي ده ترابايت ساخته شوند. از سوي ديگر، بازدهي هاردديسک‌هاي معمولي کمتر از حافظه‌هاي فلش NAND است و در راهکارهاي ذخيره‌سازي مبتني بر هاردديسک‌ها، در حال حذف شدن از سرورها و مراکز داده هستند. اما در برخي مراکز داده حجم‌هاي ذخيره‌سازي بسيار وسيعي با هاردديسک‌ها ساخته شده است که به اين زودي‌ها امکان جايگزيني با حافظه‌هاي فلش NAND را ندارند. بر همين اساس، کارشناسان برآورد مي‌کنند تا پنج سال آينده رويکرد استفاده هم‌زمان از هاردديسک‌ها و درايوهاي SSD وجود داشته باشد تا درايوهايي با استفاده از حافظه فلش، اما در ظرفيت‌هاي بسيار بالاتر ساخته شود که بتوان آن‌ها را در سيستم‌هاي قديمي بسيار گسترده به کار گرفت.

 

منبع:Geekboy.ir