Накопители на флэш-памяти продлевают время работы портативных компьютеров от батарей и увеличивают их производительность, одновременно делая ноутбуки легче и удобнее, это особенно важно для тех, кто совершает частые поездки. Что касается центров обработки данных, то здесь среди преимуществ следует отметить более высокий уровень надежности флэш-дисков по сравнению с магнитными конкурентами, низкие требования к охлаждению и повышенную производительность приложений, требующих произвольного доступа к памяти.

До сих пор наиболее серьезными барьерами на пути дальнейшего распространения твердотельных дисков (Solid-State Drive, SSD) в центрах обработки данных считались их высокая цена и недостаточная емкость. Жесткие диски дешевле и вмещают больше данных. Стоимость хранения на жестком диске составляет 1-2 долл. в пересчете на гигабайт, в то время как хранение гигабайта данных на твердотельном диске, по оценке аналитиков IDC, обходится в сумму от 15 до 90 долл.

Что касается емкости, она также остается пока несопоставимой. Недавно представленный твердотельный накопитель Samsung вмещает 128 Гбайт. А между тем в Hitachi уже предлагают жесткий диск емкостью 1 Тбайт; он отличается пониженным энергопотреблением и ориентирован на рынок серверов массовой архитектуры.

Аналитик Enterprise Strategy Group Марк Питерс отмечает, что технологий SSD уже на протяжении нескольких лет приковывает внимание ИТ- руководителей, но в силу своей высокой стоимости и низкой производительности пока не вызывает у них особых восторгов. Однако в ближайшее время ситуация должна измениться, поскольку показатель числа операций ввода/вывода, выполняемых твердотельными дисками за секунду, выглядит настолько впечатляюще, что его нельзя игнорировать. Кроме того, среди преимуществ следует отметить отсутствие в SSD-дисках движущихся частей, функционируют они быстрее, сохраняют работоспособность дольше и обладают меньшим энергопотреблением по сравнению с жесткими дисками.

Да и цены на них падают очень быстро. В настоящее время стоимость твердотельных дисков за год снижается на 40-50%.

«Появление гибридных устройств, например накопителей Samsung ReadyDrive, совместивших в себе технологии жестких и твердотельных дисков, говорит о том, что мы приближаемся к моменту, когда твердотельные диски докажут свою жизнеспособность, а популярность их начнет расти, — подчеркнул Питерс. — Достаточно вспомнить анонс корпорацией IBM серверов BladeCenter, использующих твердотельные диски».

«Падение цен в сочетании с увеличением емкости превращает твердотельные накопители в весьма привлекательную альтернативу обычным жестким дискам в центрах обработки данных», — соглашается аналитик IDC Джефф Янукович.

Многие уверены, что в 2008 году твердотельные накопители начнут активно проникать в корпоративную среду. Эффективное решение вечной задачи повышения пропускной способности — она непосредственно связана с организацией высокопроизводительных вычислений — с помощью технологий SSD можно проиллюстрировать двумя примерами.

Твердотельные технологии и космология

В исследовательском центре Stanford Linear Accelerator Center твердотельные технологии используются при решении задач, пожалуй, с наиболее интенсивной на сегодняшний день обработкой данных. Исследователи центра используют ускорители элементарных частиц для получения ответов на самые разные вопросы космологии. Помимо всего прочего их интересует, куда «делось» антивещество на начальном этапе становления Вселенной и какую роль протеины неурексин и нейролигин играют в возникновении заболевания аутизмом.

Объемы данных здесь огромны — они измеряются петабайтами, и для их обработки в лаборатории построен кластер из 5 тыс. процессорных ядер. При этом дискретные блоки данных, запрашиваемые и анализируемые сотнями исследователей, весьма невелики: как правило, они объединяют от 100 до 3 тыс. байт данных. Однако в центре выполняются тысячи запросов по хранящимся данным, а каждую секунду обрабатывается несколько миллионов блоков.

Менеджер центра по вычислениям Ричард Маунт пояснил, что время реакции на запрос зависит не столько от числа процессоров или пропускной способности сети, сколько от времени доступа к диску.

«Производительность жесткого диска ограничена примерно двумя тысячами операций произвольной выборки в секунду, — подчеркнул Маунт. — При выборке фрагментов размером в 1000 байт это означает, что диск использует лишь 1/50 часть пропускной способности гигабитной сети и менее 1/100 000 части пропускной способности сетевого коммутатора типичного компьютерного центра».

Ограничения диктуют необходимость формирования так называемых «снятых наборов данных». Это предварительно собранные коллекции информации, соответствующие определенной теме, которые уже запрашивал по крайней мере один исследователь.

«Уже существующие наборы снятых данных выдаются мгновенно, — отметил Маунт. — Но если кто-то захочет получить что-то новое, ему придется подождать следующего цикла снятия».

«Мы не испытываем к твердотельным накопителям почтительного благоговения, но, если у нас появится возможность создания флэш-хранилища с задержкой, не превышающей 25 мс, по приемлемой цене, мы непременно ею воспользуемся», — отметил Маунт.

В исследовательском центре разработали на основе твердотельных дисков свою собственную систему, которая в настоящее время находится на завершающем этапе отладки.

«В первой версии системы общая емкость хранения составляет 2 Тбайт, но мы легко можем довести ее до 5 или до 10 Тбайт, всего лишь докупив флэш-память, — заявил Маунт. — Хотя, конечно, дополнительная масштабируемость потребует более серьезных затрат. Система нынешнего уровня служит лишь для тестирования и ведения дальнейшей разработки».

Конечная цель заключается в том, чтобы использовать твердотельные диски в качестве кэш-памяти при проведении всех исследований с использованием ускорителя элементарных частиц. Это позволит ученым в любое время обращаться к информации, получаемой из любого источника данных.

«Твердотельные диски помогут повысить эффективность работы всей системы, они гарантируют, что функции ввода/вывода будут сбалансированы с оставшейся частью прикладной системы, — отметил Янукович. — Характеристики накопителей на основе флэш-памяти делают их подходящей альтернативой для приложений с интенсивным вводом/выводом. У них нет задержек, обусловленных вращением, для них характерна высокая производительность операций произвольного чтения. Таким образом, время доступа к данным, хранящимся на твердотельных дисках, является достаточно устойчивой величиной и мало зависит от того, в какой области устройства находятся те или иные блоки информации».

SSD в суперкомпьютере

Использование твердотельных технологий в лаборатории Pacific Northwest National Laboratory должно помочь преодолеть узкие места суперкомпьютерных систем. Наличие в такой системе даже одного-двух медленных жестких дисков приводит к очень быстрому снижению общей производительности.

Для достижения стабильно высокой производительности ввода/вывода твердотельные диски могут использовать традиционную технологию расщепления, свойственную «обычным» дисковым массивам. При этом они сохраняют присущую твердотельным дискам высокую скорость произвольного доступа. По мнению старшего исследователя лаборатории Роберта Фарбера, это весьма интересное сочетание.

Лаборатория пока не перешла на твердотельную технологию. Спор ведется вокруг того, действительно ли доступ с низкой задержкой для «приложений с ограниченным поиском» — выполняющих, другими словами, множество запросов на выдачу небольших объемов данных — поможет увеличить общую производительность вычислений.

«Остается лишь посмотреть, как долго ценовой фактор будет перевешивать преимущества в прочности, энергопотреблении, емкости и физических размерах, которые рано или поздно должны привести к массовому отказу потребителей от магнитных дисков», — отметил Фарбер.

Цель сотрудников лаборатории заключалась в том, чтобы довести скорость обмена данными с суперкомпьютером до 25 Мбит/с на 1 GFLOPS пиковой производительности. Это требовалось для того, чтобы справиться с очень интенсивным по своей природе вводом/выводом научного программного обеспечения NWChem. Для работы с ним в лаборатории установлен суперкомпьютер с теоретической пиковой производительностью в 163 TFLOPS. Точно так же, как и в Стэнфорде, скорость работы дисковой подсистемы является критически важной составной частью данного уравнения, и твердотельные технологии призваны устранить узкое место.

По мнению Фарбера, прорыв произойдет в не столь уж отдаленном будущем: иерархия управления памятью в операционных системах изменится с учетом возможности прямого доступа к твердотельным дискам, и технология SSD придет на смену жестким дискам.

Дополнение, а не замена

Остается один вопрос: когда твердотельные диски начнут оказывать на корпоративный мир реальное воздействие? Некоторые полагают, что диски SSD уже появились на горизонте центров обработки данных, а портативные компьютеры даже сейчас оснащаются твердотельными накопителями (так, в ноутбук Dell XPS M1330 встроен твердотельный диск Samsung емкостью 64 Гбайт). Компания Alienware в некоторых своих настольных ПК также предлагает твердотельные устройства на 64 Гбайт. Твердотельные диски находят применение и в коммерческих приложениях: в то время как исследователям скорость нужна для изучения протеинов, представителям розничной торговли необходимы более быстрые кассовые терминалы.

Violin Memory — компания, продукция которой заслуживает безусловного внимания в этой сфере. Ее специализированная серверная приставка Terabyte-Scale Memory Appliance обеспечивает произвольный и последовательный доступ к данным на скорости 1 Гбит/с.

В Violin утверждают, что двумя основными препятствиями на пути развития корпоративных информационных систем являются пропускная способность сети и производительность операций ввода/вывода систем хранения. Сегодня при выполнении последовательных операций магнитные диски демонстрируют производительность на уровне 100 Мбит/с.

«Иногда к емкости предъявляются минимальные требования, в таких случаях твердотельные устройства представляют собой весьма эффективное решение, — добавил Янукович. — При работе с высокопроизводительными приложениями параметры ввода/вывода твердотельных накопителей выгодно отличают их от жестких дисков».

Но даже с учетом этих преимуществ аналитики IDC полагают, что твердотельные накопители не сумеют полностью вытеснить жесткие диски с рынка серверов. Технологии SSD обладают несомненными преимуществами и являются ‘экологически чистым’ решением. Однако есть масса приложений, которым нужна высокая емкость, предоставляемая жесткими дисками.

По словам Питерса, рост требований к пропускной способности приведет к постепенному вытеснению жестких дисков твердотельными технологиями, но процесс этот будет достаточно продолжительным.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями

Купить номер с этой статьей в PDF