企业存储迎来超大容量SSD时代

企业存储迎来超大容量SSD时代

　　关于SSD何时取代硬碟的议题中，有两个观察指标：一是储存密度或容量的对比，二是单位容量成本的对比。

　　面对SSD的竞争，更大的容量(以单一装置而言)，与更低的单位容量成本，是传统硬碟仅存的少许优势，但其中容量更大一项，已即将为SSD所超越。当前最大容量10TB硬碟问世还不过1年时间，容量更大的15.3TB SSD已经在2016年上半年开始出货，一举逆转硬碟原有的容量优势。

　　从下半年起，主要的企业级储存设备都将陆续支援15.3TB规格的SSD，但随着这类超大容量SSD的应用，也给企业储存带来新的问题，进而将带动新的储存架构发展。

　　容量增长速度惊人的SSD

　　在技术进步的驱动下，无论硬碟还是SSD的容量都在持续增长，但两者的成长速度不同。由于储存装置的外型尺寸规格是固定的，所以是透过容量密度的提高来使容量向上增长，硬碟容量的成长取决于磁录技术进步所带来的磁录密度成长，而SSD的容量成长则取决于半导体制程技术的进展。相较于硬碟磁录技术，半导体制程技术的进步更快，也给SSD带来更快的容量成长速度。

　　SSD虽然直到2013年初才突破1TB容量，而同时期的硬碟最大容量已有6TB。但2年后，市场上就有4TB容量的SSD可买，相较之下，硬碟容量从1TB成长到4TB，便花了将近5年时间。

　　而到了2016年中的现在，硬碟最大容量虽然从3年前的6TB增加到10TB，提升了66%的容量，但在SSD方面，随着3D NAND Flash记忆体技术的实用化，SSD容量更是以倍于从前的速度持续增长，2015年初出现了6TB SSD，2016年初又有13TB容量的SSD上市，现在更大的7.68TB与15.3TB容量SSD，也都即将在下半年上市，较3年前增加了15倍。

　　硬碟容量从1TB成长到当前的10TB，足足花了8年多，相对的，SSD从1TB成长到15TB容量，却只花了3年多，由此可见两种储存媒体的容量成长速度差异。

　　而且10TB硬碟是属于3.5寸规格，而SSD的标准规格是2.5寸，以更小的尺寸却能提供高出50%以上的容量，因此双方的容量密度还有着更大的差距。

　　一直到2016年上半年之前，硬碟相对于SSD都还拥有容量优势，但随着SSD导入3D NAND技术，从2015年起储存容量便急速增长，到2016年上半年已正式超越硬碟。

　　超大容量SSD即将进入企业储存应用

　　直到今年5月之前，企业级储存设备可用的2.5寸SSD，最大容量仍是3.84TB，多数产品支援的最大容量规格则是3.2TB。

　　不过，随着三星的15.3TB容量SSD在2016年上半年开始出货(2015年8月发表)，企业储存设备也陆续支援了这种超大容量SSD。

　　例如，在5月底发布的ONTAP 9作业系统中，NetApp宣布将支援15.3TB的SSD，是第一个支援这种容量规格的企业级储存系统。接下来HPE亦在6月初宣布，旗下的3PAR StoreServ储存产品线将支援7.68TB与15.3TB SSD(目前StoreServ 8000系列型录中，已有7.68TB SSD可选，15.3TB款式应会在稍晚提供)。Dell亦向我们透露，将在下半年为主力储存产品线与伺服器产品，引进7.68TB与15.3TB的SSD。

　　虽然7.68TB与15.3TB的SSD上市初期的价格仍十分昂贵(市价据称达到2～4万美元)，但可一举将储存系统容量提高2～4倍，因此我们可以预期，到了今年年底时，主要储存与伺服器供应商，都会陆续支援这类型SSD。

　　不过从另一方面来看，随着这类超大容量SSD的导入，也企业储存应用带来下列新的问题。

　　系统可用性疑虑增加

　　随着SSD储存容量的增加，如今只需较少数量的SSD，就能组成相同容量的储存阵列。例如在主流企业端SSD最大容量只有3.2TB的过去，必须使用16台SSD才能组成50TB的储存群组，现在改若用15.3TB SSD便只需4台。但这也意味着，当一台SSD失效时，所造成的影响也更大。

　　以前面那个例子来说，使用3.2TB SSD组成50TB储存群组时，每台SSD平均保存整个系统6%资料量，一台SSD失效时，只有6%的资料需要重建;而换成15.3TB SSD时，由于每台SSD保有整个系统25%的资料，一旦失效，就得重建多达25%的资料量，需要的重建时间与资料遗失风险都大幅提高了数倍。

　　事实上，随着单一磁碟机容量增加，造成RAID群组资料重建时间大幅增长的问题，在4TB、6TB等大容量硬碟问世时就已经存在，现在当SSD容量赶上甚至超越硬碟后，由SSD组成磁碟群组的环境，也开始要面临这个问题。

　　亟需引进新一代RAID保护技术

　　传统的RAID技术必须在磁碟群组中指定备用的Hot Spare磁碟，当磁碟失效、必须进行资料重建时，写入负担将集中在Hot Spare磁碟上，以致成为重建时的效能瓶颈，因此需要重建的资料量越大，重建时间也将以线性增长。

　　当硬碟或SSD容量达到10TB以上时，如果再继续使用传统RAID技术，势必将面临重建时间过长，以及系统可靠性不足的问题。

　　要解决这个问题，必须分为2个层次来处理。

　　首先，是必须提高磁碟群组的可靠性。当单一磁碟机或SSD的容量达到数TB程度时，由于需要的重建时间已相当长，只允许整个群组损失1台磁碟的RAID架构是不够用的，在漫长的重建期间内，若有另1台磁碟失效，整个群组便无法恢复，所以至少必须提供等同于RAID 6、允许损失2台磁碟的架构，才能保证系统进行资料重建时，还拥有基本的保护能力。

　　而当单一磁碟容量达到10TB等级时，磁碟失效所需的重建时间又增加了数倍，此时RAID 6等级的保护也不够充分，将需要透过Erasure code技术，引进更多的校验磁碟来确保可靠性。例如NetApp新提出的RAID-TEC，与Nimble Storage的RAID 3P+等技术，都提供了允许磁碟群组损失3台磁碟的容错能力，

　　其次，是必须设法减少磁碟群组重建时间。这需要舍弃传统RAID架构，改用分散式的新型RAID架构，不再使用单一的Hot Spare磁碟，而是将重建负担分散到所有磁碟机，藉此大幅提高系统的重建效率。例如HPE 3PAR的FAST RAID、NetApp的动态磁碟池(Dynamic Disk Pool)、Dell源自Compellent的动态区块(Dynamic Block)，或是华为的RAID 2.0等，都是属于这类新创的RAID架构。

　　对专属规格SSD需求减少

　　先前曾有某些厂商，透过专属的Flash模组，来提供大于标准2.5寸SSD的容量，或是超越SATA/SAS等标准传输介面的效能。

　　例如HDS在2013年中发表HUS VM全快闪储存阵列时，便发表了比同时期标准规格SSD容量大了4倍的3.2TB专属FMD模组。稍后IBM 2014年初发表的Flash System 840，也提供了4TB容量的专属Flash储存模组。接下来HDS又在2015年底发表6.4TB的FMD模组，也比同时期标准规格SSD的最大容量多了近70%。

　　但在3D Flash记忆体技术的应用下，现在只需使用2.5寸标准规格的SSD，就能提供更大的容量，搭配NVMe等新型I/O介面，也能提供十分可观的效能，因此，专属规格Flash模组的价值明显已经大幅降低。

　　市面上第一款15.3TB容量硬碟，是三星的PM1633Ma，利用48层的3D V-NAND Flash晶片组成512GB容量的记忆体封装，然后结合32组记忆体封装成为15.3TB超大容量的SSD，但外型仍是标准的2.5寸规格，采用12Gb SAS介面。NetApp、HPE与Dell的储存设备都将陆续支援这款SSD。

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