Ultrastar DC SN640 — оптимальный накопитель для перехода на NVMe

Сегодня индустрия систем хранения практически завершила переход на технологию NVMe и, если посмотреть последние анонсы ведущих производителей СХД, то все они выпускают новые твердотельные массивы на базе NVMe. В чем преимущество NVMe по сравнению с интерфейсами SAS/SATA, которые использовались в твердотельных дисках первого поколения?

Дело в том, что SAS и SATA были разработаны для жестких дисков еще в начале 2000-ых годов с учетом специфики организации ввода/вывода в механических накопителях. Использование SAS/SATA в твердотельных дисках (SSD) первого поколения упростило переход на твердотельную память, поскольку твердотельные диски можно было поставить в выпускаемые в то время дисковые массивы и серверы вместо жестких дисков и подключить к тем же разъемам SAS/SATA, к которым подключались винчестеры, но с другой стороны, применение этих интерфейсов для работы с твердотельной памятью создает лишние накладные расходы, из-за которых снижается скорость передачи данных и увеличиваются задержки, в результате не удается в полной мере задействовать все преимущества перехода на твердотельную память.

Для решения этой проблемы специально для твердотельной памяти была разработана технология Non-Volatile Memory Express (NVMe), обеспечивающее подключение накопителя напрямую без промежуточных микросхем к шине PCI Express. Интерфейс NVMe значительно улучшает производительность при случайном и последовательном чтении за счет уменьшения задержек, обеспечивает высокий параллелизм выполнения чтения/записи и упрощает набор используемых команд, а также улучшает безопасность и защиту данных во время их передачи. Также стоит отметить, что NVMe — это промышленный стандарт, что гарантирует совместимость накопителей NVMe с системами хранения и серверами, поддерживающими NVMe. Сегодня при выборе нового сервера для обслуживания бизнес-критичных приложений одним из основных критериев стала поддержка NVMe. Если сервер не поддерживает эту технологию и в нем можно устанавливать только диски SSD SATA, то устаревший интерфейс дисковой подсистемы сервера станет «узким местом» при передаче данных приложений между твердотельной памятью и процессором.

По прогнозам аналитического агентства IDC, уже через несколько лет в секторе SSD корпоративного класса твердотельные накопители NVMe практически полностью вытеснят SSD SATA (доля последних в продажах сократится с 42% в 2019 году до 13% в 2021 году и 4% в 2023 году).

Первые твердотельные накопители на базе NVMe появились несколько лет назад, но из-за высокой цены они приобретались в основном для задач, где требуется максимальная скорость и отзывчивость системы хранения данных.

Накопитель Ultrastar DC SN640, представленный компанией Western Digital в 2019 году на главной конференции по технологиям флэш-памяти Flash Memory Summit, значительно расширяет возможности применения NVMe за счет выгодного соотношения цены/качества/производительности и позиционируется вендором как продукт mainstream, т.е. рассчитанный на использование для типичных серверных приложения, которые сегодня развернуты в корпоративном дата-центре.

Ultrastar DC SN640 построен на базе модулей флэш-памяти 96-Layer BiCS4 3D TLC NAND и контроллера NVMe 1.3c. Сейчас этот накопитель выпускается в конфигурациях емкостью 960, 1920, 3840 и 7680 Гбайт в 2,5-дюймовом форм-факторе U2 высотой 7 мм.

Как и все другие модели серии Ultrastar, которыми уже десятки лет оснащают свои системы ведущие производители серверов и дисковых массивов, DC SN640 — это накопитель корпоративного класса, гарантирующий не только стабильно высокую производительность, но и круглосуточную работу. О том, что этот накопитель рассчитан на применение в дата-центрах, говорит аббревиатура DC (data-center) в его названии.

Усредненный показатель наработки на отказ (MTBF) у SN640 равен 2 млн. часов, в накопителе применена специальные функции защиты от потери данных при неожиданном отключении питания Power Fail Protection и защиты данных на всем маршруте их передачи End-to-End Data Path Protection. Согласно спецификации, Ultrastar DC SN640 рассчитан на 0,8 DWPD (перезаписей всех ячеек памяти накопителя в день, Disk Write per Day), однако при необходимости пожертвовав частью доступной емкости накопителя, этот показатель можно довести до 5 DWPD. Если заказчику нужен внутренний RAID-массив сервера для улучшения производительности доступа к данным и отказоустойчивости, то он может построить RAID из Ultrastar DC SN640 с помощью утилит серверной ОС или программного обеспечения RAIDIX ERA либо установить в сервер аппаратный RAID- контроллер от Broadcom или Intel VROC.

Производительность накопителя составляет 3300 Мбайт/сек для чтения и 2170 Мбайт/сек для записи, показатели IOPS для выборочного чтения и записи соответственно 473 тыс. и 65 тыс. операций ввода/вывода в секунду. Это не самые высокие показатели производительности среди выпускаемых сегодня твердотельных накопителей NVMe, но такого быстродействия вполне достаточно для типичных сценариев серверных приложений. В то же время более быстрые накопители NVMe стоят существенно дороже и к тому же потребляют вдвое больше энергии, чем Ultrastar DC SN640. Их приобретение имеет смысл только в том случае, когда необходимо обеспечить максимум производительности доступа к хранящимся на сервере данным (например, для обслуживания больших реляционных СУБД, суперкомпьютерных вычислений и систем искусственного интеллекта). Для таких приложений Western Digital предлагает построенный также на базе NAND-памяти 3D NLC накопитель Ultrastar DC SN840, у которого показатели IOPS выборочного чтения и записи увеличены до 780 тыс. и 257 тыс. операций ввода/вывода в секунду соответственно. Стоит отметить, что сейчас в линейке Ultrastar DC для дата-центров есть также и твердотельные диски с интерфейсом SATA (модель DC SA210 емкостью до 1920 Гбайт) и 3,5-дюймовые жесткие диски SAS/SATA емкостью до 18 Тбайт.

По стоимости Ultrastar DC SN640 примерно соответствует дисками SATA SSD корпоративного класса, но превосходит их в шесть раз по скорости последовательного чтения и в три раза по скорости при выборочном чтении/записи. Таким образом, использование Ultrastar DC SN640 вместо SATA SSD даст существенный прирост производительности сервера и развернутых на нем приложений, но не увеличит стоимость всей системы.

Ultrastar DC SN640 хорошо подойдет для серверов, обслуживающих типичные приложения корпоративного дата-центра, связанные со смешанными нагрузками чтения/записи, включая внедрение серверной виртуализации и инфраструктуры виртуальных рабочих мест (VDI), системы OLTP, базы данных noSQL, web-серверы, файл-серверы и серверы электронной почты, программно-определяемое хранение (SDS) и внедрение гиперконвергентной инфраструктуры. Его применение поможет заказчику перейти на использование передовой технологии NVMe без существенного увеличения затрат на покупку накопителей для нового сервера.

Больше информации о новых технологиях и ответы на вопросы можно получить в представительстве Western Digital в России по адресу info.Russia@WDC.com