Hybrydowa macierz Flash

Hybrydowa macierz Flash to system pamięci masowej półprzewodnikowy, który zawiera kombinację dysków pamięci Flash i dysków twardych (HDD).

Hybrydowe macierze Flash wykorzystują kształty i interfejsy elektryczne, które są kompatybilne z popularnymi wnękami HDD. Umożliwia to stopniową wymianę obracających się dysków twardych na dyski półprzewodnikowe (SSD), w razie potrzeby.

Pamięć Flash, która nie ma ruchomych części, jest rodzajem pamięci nieulotnej, którą można kasować i przeprogramowywać w jednostkach pamięci zwanych blokami. Jest to odmiana elektronicznie kasowalnej programowalnej pamięci tylko do odczytu (EEPROM), która otrzymała swoją nazwę, ponieważ jej bloki pamięci można wymazać jednym ruchem lub Flashem. Macierz Flash może przesyłać dane do i z dysków SSD znacznie szybciej niż elektromechaniczne dyski twarde.

Flash jest droższy niż wirujący dysk, ale rozwój architektur, takich jak komórka wielopoziomowa (MLC), komórka trzypoziomowa (TLC) i komórka czteropoziomowa (QLC) obniżyły ceny i zwiększyły pojemność. Mimo to te ulepszenia obniżają wydajność i trwałość. Jednopoziomowe ogniwa (SLC) to najszybszy i najtrwalszy typ dysków SSD, ale dyski SLC są drogie i mają bardzo ograniczoną pojemność i są obecnie rzadko używane. Dyski SSD QLC są na ogół najtańszą opcją, ale charakteryzują się słabą wydajnością i słabą trwałością. Opracowano różne technologie w celu poprawy ogólnej trwałości dysków SSD do tego stopnia, że ​​nadają się one do użytku w przedsiębiorstwach.

Zalety i wady hybrydowej macierzy Flash

Różnica między hybrydową macierzą Flash a macierzą All-flash (AFA) polega na tym, że hybrydowe macierze pamięci masowej mają mieszankę dysków HDD i SSD, podczas gdy macierz All-flash jest wyposażona tylko w dyski SSD. Hybrydowa macierz pamięci masowej może być wyposażona w dużą lub niewielką ilość pamięci Flash. Dodanie niewielkiej liczby dysków SSD do tradycyjnej macierzy może znacznie poprawić jej ogólną wydajność i wiąże się z mniejszymi kosztami początkowymi niż AFA.

Dyski HDD są przewidywalne i oferują niski koszt w przeliczeniu na gigabajt. Jednak zużywają dużo energii i są stosunkowo powolne. Dyski SSD oferują wysoką wydajność i zużywają znacznie mniej energii niż dyski HDD. Jednak dyski SSD są droższe w przeliczeniu na gigabajt, a macierz All-flash może być kosztowna.

 Wyjaśnienie pojęć –  Macierz typu All-flash (AFA), znana również jako system dysków półprzewodnikowych

macierz all-flash

W pewnym momencie AFA były również znane z bardzo ograniczonych pojemności magazynowych. Pojemność dysków SSD znacznie się poprawiła w ostatnich latach, a dyski wielo-terabajtowe stały się normą. Mimo to korporacyjne dyski SSD nadal mają znacznie wyższy koszt w przeliczeniu na gigabajt niż dyski HDD.

Hybrydowe macierze pamięci masowej są najlepsze z obu światów: oferują stosunkowo niski koszt w przeliczeniu na IOPS (operacje wejścia i wyjścia na sekundę) i na gigabajt, a także zrównoważony koszt wydajności. Macierze hybrydowe spełniają potrzeby większości obciążeń, ponieważ udostępniają więcej IOPS i zmniejszają opóźnienia pamięci masowej .

Hybrydowe systemy pamięci masowej Flash są odpowiednie dla każdej organizacji, która potrzebuje szybszego dostępu do przechowywanych danych, niż może zapewnić obracający się dysk. Jeśli wszystkie dane aplikacji nie muszą być w danym momencie dostępne dla użytkowników, dobrym pomysłem jest przechowywanie gorących danych na dyskach SSD. Z tego powodu wiele aplikacji — od aplikacji do pracy grupowej i poczty e-mail po infrastruktury pulpitów wirtualnych (VDI) — korzysta z dodatkowej pamięci Flash.

Jak hybrydowe macierze Flash wpływają na pamięć masową dla przedsiębiorstw?

Istnieją hybrydowe macierze pamięci masowej dostarczane z dyskami HDD i SSD w tym samym pudełku. Alternatywnie klienci hybrydowej pamięci masowej Flash mogą podłączać dyski Flash bezpośrednio do gniazd PCIe serwera (Peripheral Component Interconnect Express). Druga opcja jest zwykle droższa, ale zapewnia większą wydajność pamięci masowej, ponieważ magistrala PCI komunikuje się bezpośrednio z procesorem, z pominięciem kontrolera pamięci masowej. Korzystanie z pamięci Flash PCIe może znacznie poprawić wydajność.

Dodanie pamięci Flash do tradycyjnej macierzy HDD to prosty sposób na poprawę wydajności, ponieważ wypełnienie całej macierzy dyskami SSD klasy korporacyjnej byłoby kosztowne. W środowisku współużytkowanej pamięci masowej istnieje tylko niewielki podzbiór danych, który wymaga takiej wydajności. Dynamiczne warstwowanie na poziomie bloków umożliwia działom IT kierowanie pamięci Flash do tych obciążeń, które wymagają zwiększonej wydajności.

Jeśli Twoje obciążenia wymagają najwyższej wydajności — jak ma to miejsce w przypadku analiz big data i podobnych aplikacji — to macierze All-flash są właściwym wyborem. Pierwotna pojemność macierzy typu All-flash może wydawać się niewielka w porównaniu z ich ceną, ale większość dostawców AFA uwzględnia deduplikację, co zapewnia macierzom bardzo efektywne współczynniki pojemności.

Mimo to macierze wyłącznie z pamięcią Flash nie są w stanie dorównać pojemności opcji hybrydowych i HDD. Dzięki dyskom twardym klienci mogą uzyskać dużo miejsca za niewielkie pieniądze, co jest idealne do przechowywania plików oraz tworzenia kopii zapasowych i odzyskiwania . Jeśli Twoja firma ma wystarczająco dużo pieniędzy na jedną nową macierz, ale chce zachować pojemność i poprawić wydajność, najlepszym rozwiązaniem jest hybrydowa macierz pamięci masowej.

Jak działa hybrydowa pamięć masowa Flash?

Hybrydowe macierze pamięci Flash można zasadniczo skonfigurować na dwa podstawowe sposoby. Pierwsza opcja to mapowanie obciążeń na architekturę pamięci masowej na podstawie wymagań dotyczących wydajności pamięci masowej obciążenia. Na przykład wysokowydajna baza danych może zostać zmapowana do pamięci Flash macierzy, podczas gdy mniej wymagające obciążenie może korzystać wyłącznie z pamięci masowej na dysku twardym.

Innym podejściem jest użycie warstwowej pamięci masowej . Takie podejście jest szczególnie popularne, gdy do przechowywania danych plików używana jest hybrydowa macierz pamięci Flash.

Warstwowa architektura pamięci masowej definiuje pamięć Flash jako warstwę o dużej szybkości, a pamięć masową HDD jako warstwę o niskiej szybkości. Warstwa o wysokiej szybkości działa jak pamięć podręczna, podczas gdy warstwa o niskiej szybkości zapewnia większość pojemności woluminu.

Pliki, do których często uzyskuje się dostęp, są przenoszone z warstwy o niskiej szybkości do warstwy o wysokiej szybkości. Pozwala to na dostęp do plików z minimalnym opóźnieniem. Podobnie nowe pliki mogą być początkowo zapisywane w warstwie o dużej szybkości, a następnie przenoszone do warstwy o niskiej szybkości. Takie podejście pozwala warstwie o dużej szybkości działać jako bufor zapisu — pamięć podręczna Flash — pomagając poprawić ogólną wydajność pamięci masowej.

Wydajność hybrydowej pamięci Flash

Macierze hybrydowe mogą zmniejszyć opóźnienie do 3 do 5 milisekund; tablice All-flash mogą sprowadzić tę liczbę do sub-milisekundy. Dyski SSD nie mają problemów z pobieraniem wstępnym, a wszystkie wejścia/wyjścia (wejścia/wyjścia) są odczytami z pamięci podręcznej, więc nie ma zmienności między odczytem a wyszukiwaniem. Mimo to większość organizacji nie może sobie pozwolić na wyposażenie całego centrum danych w dyski SSD, na które właśnie wkraczają hybrydowe macierze Flash.

Wraz ze wzrostem ceny macierzy spadają koszty jej eksploatacji – im więcej pamięci ma macierz, tym mniej energii zużywa. Dyski SSD zajmują również mniej miejsca, dzięki czemu organizacje oszczędzają miejsce na podłodze i chłodzenie , a także energię.

Biorąc pod uwagę koszt transakcji — a nie koszt IOPS lub koszt gigabajta — wszystkie pamięci Flash są najtańszą opcją. Obciążenia, które wymagają dużego obciążenia pamięci masowej, mają niższy koszt transakcji na macierzach typu All-flash, podczas gdy niskie obciążenia transakcyjne kosztują mniej na hybrydowych macierzach pamięci masowej.

Pojedynczy węzeł hybrydowej macierzy Flash HC5150D firmy Scale Computing.

Użytkownicy zauważą różnicę w przypadku macierzy typu All-flash, zwłaszcza w środowiskach o zasadniczo dużych opóźnieniach, takich jak wdrożenia VDI. W przypadku technologii, która i tak staje w obliczu awarii, jeśli użytkownikom się to nie podoba, dodanie niektórych dysków SSD może być różnicą między udanym wdrożeniem VDI a tym, które się nie powiedzie. To powiedziawszy, każda aplikacja może skorzystać z hybrydowej pamięci Flash.

W chwili pisania tego tekstu głównymi graczami na rynku hybrydowych macierzy Flash są Dell EMC, Hewlett Packard Enterprise (HPE), Hitachi Vantara, IBM, Infinidat, NetApp, Tegile – obecnie część Western Digital – i Tintri. Na rynku istnieją inni, mniejsi dostawcy, ale dostawcy hybrydowych macierzy pamięci masowej dla przedsiębiorstw zwykle wybierają spośród większych konkurentów.

Przypadków użycia

Hybrydowe macierze Flash zapewniają dobrą ogólną równowagę między kosztami, pojemnością i wydajnością. W związku z tym nadają się do szerokiej gamy zastosowań. Zazwyczaj hybrydowe macierze Flash są dostępne za pośrednictwem łącza Fibre Channel (FC), ale można również użyć iSCSI (Internet Small Computer System Interface) i podobnych technologii. System Windows Server może również traktować natywną pamięć masową podłączaną bezpośrednio (DAS) jako hybrydową macierz Flash dzięki funkcji Windows Storage Spaces.

Hybrydowe macierze Flash są powszechnie używane w bazach danych i serwerach plików. Hybrydowe macierze Flash są również dobrym wyborem do użytku przez hosty kontenerów , ponieważ kontenery zazwyczaj współdzielą wspólny podstawowy obraz systemu operacyjnego. Obrazy bazowe można umieszczać w pamięci Flash, poprawiając w ten sposób wydajność wszystkich kontenerów zależnych od obrazów.