По сравнению со стандартными жесткими дисками (HDD) время отклика флэш-памяти меньше в десятки раз (типичный показатель — 50 мкс против 6 мс), а работают флэш-накопители в сотни раз быстрее, чем самые быстрые HDD (например, 100 000 IOPS против 200). Поэтому, как отмечает Владимир Мешалкин, директор департамента программно-аппаратных комплексов R-Style, выгода от использования флэш-накопителей состоит не в стоимости за единицу емкости (где они проигрывают), а в стоимости за единицу транзакции.

Технологии хранения данных с использованием твердотельных накопителей (SSD) совершили революцию в мире СХД. Однако полностью вытеснить HDD они не могут: снижение стоимости хранения данных на SSD (доллары/терабайт) нивелируется ростом объема хранимых данных. Очевидное решение — разделить данные на «горячие» и «холодные» и разместить первые на SSD, а вторые на HDD высокой емкости. Для этого применяются технологии автоматизированного иерархического хранения (tiering) и кэширования данных. У каждой есть свои преимущества и недостатки, а значит, необходимо четко понимать, для каких задач они предназначены.

КЭШИРОВАНИЕ ДАННЫХ И ИЕРАРХИЧЕСКОЕ ХРАНЕНИЕ

В случае кэширования при операциях чтения на SSD хранятся копии активных данных, для чего могут применяться различные алгоритмы быстрого копирования в кэш-память. При операциях записи флэш-память служит буфером, в который попадают «свежие» данные, сглаживая пиковые нагрузки. Такой подход приводит к некоторой непредсказуемости производительности, когда начинается конкуренция за кэш-память. Эта проблема дает о себе знать с особой силой, если СХД служит платформой консолидации критичных для бизнеса приложений, которым необходимы фиксированные SLA.

Для ее решения можно использовать комбинацию технологий обеспечения уровня сервиса (QoS) и автоматизированного иерархического хранения. Это предполагает: определение объема данных, которые гарантированно будут переданы на SSD и архивный уровень хранения; задание правил, в соответствии с которыми осуществляется их перемещение между уровнями; приоритизацию обработки запросов от критичных приложений без полной дискриминации других задач.

Применение флэш-памяти в серверах может значительно повысить производительность, но при этом следует учитывать несколько важных условий. «Новые элементы должны быть встроены в аппаратную архитектуру именно там, где есть узкие места, — поясняет Виктор Урусов, вице-президент DEPO Computers по продуктовому маркетингу. — Программное обеспечение (операционные системы и драйверы) тоже должно поддерживать расширенные возможности новых элементов».

ФЛЭШ-ПАМЯТЬ В ИНФРАСТРУКТУРЕ ХРАНЕНИЯ ДАННЫХ

«Флэш-память используется на всех уровнях решений ИТ, — отмечает Дмитрий Агеев, руководитель группы технических решений департамента хранения данных «IBM Россия». — Спектр задач довольно широк: серверная виртуализация, нагрузки VDI, OLTP и OLAP, кэширование и работа с метаданными. Цель — не только повышение производительности, но и эффективное использование вычислительных ресурсов. А более низкая потребляемая мощность благоприятно сказывается на TCO».

Носители на базе флэш-памяти могут располагаться в сервере и в выделенной системе хранения. В первом случае достигается самое низкое время отклика, но ограничиваются возможности организации нелокальной защиты данных и доступная емкость. Вариант с выделенной СХД снимает эти ограничения, а ее подключение по InfiniВand позволяет свести задержки к минимуму. Наибольшее распространение получил форм-фактор жесткого диска. Такой накопитель SSD можно установить как в сервер, так и в систему хранения данных.

Встроенные SSD в форм-факторе жестких дисков представляют собой высокопроизводительные накопители с увеличенным допустимым объемом регулярно перезаписываемых данных (например, семейство Intel S3700). Они используются в качестве быстрых хранилищ для высокопроизводительных вычислений (HPC), служат для хранения активных данных в приложениях Web и хранения видео, в базах данных, системах электронной почты, поисковых системах, VOD, OLTP, OLAP и CDN. Высокопроизводительные флэш-накопители (например, серии Intel S3500 с интерфейсом SATA) применяются для хранения файлов ОС, гипервизоров, виртуальных машин, файлов-образов различных приложений, файлов свопинга, загрузочных файлов-образов в SAN/NAS. Основные плюсы — большая емкость накопителей и зрелость подхода.

Система хранения может воспринимать SSD как обычный диск, однако большинство традиционных СХД были спроектированы для HDD, и их алгоритмы работы и мощности не предназначены для новой технологии. Ввод-вывод не справляется с SSD большой емкости, что делает невыгодным использование SSD, начиная с определенных конфигураций, и не дает дальнейшего прироста производительности, предостерегает Дмитрий Агеев.

Особо следует отметить SSD с интерфейсом SAS, так как они предоставляют более широкий канал для взаимодействия системы с накопителем и позволяют повысить надежность системы за счет двухканальности интерфейса, напоминает старший инженер компании Seagate Сергей Давыдов. Например, Seagate SSD 1200 — накопитель в форм-факторе HDD 2,5 дюйма — имеет интерфейс SAS на 12 Гбит/с. Основная область его применения — ЦОД, где требуются очень высокая скорость и стабильная производительность систем.

Сейчас наибольшее распространение получает гибридный подход к использованию SSD и HDD. ПО осуществляет постоянный мониторинг массива и распределяет блоки данных по ресурсам хранения в зависимости от нагрузки. Например, у IBM эта технология называется Easy Tier. Ее последнее поколение позволяет реализовать подобную схему не только внутри СХД, но и на сервере: «горячие» данные всегда будут находиться рядом с серверным процессором, данные, которые могут понадобиться в следующий момент, размещаются на накопителях SDD системы хранения, остальные — на обычных дисках. Кроме того, этот подход разгружает SAN — обмен данными становится менее интенсивным. При использовании виртуализаторов систем хранения, например IBM SVC или Storwize, можно организовать уровни хранения на СХД разных производителей.

«Флэш-память широко применяется в серверах и системах хранения данных DEPO, — рассказывает Виктор Урусов. — Внешние флэш-массивы обеспечивают значительный прирост производительности в случае кластерных решений — в частности, в серии СХД DEPO Storage 4000, где используются технологии NetApp. Встроенные SSD в форм-факторе жестких дисков устанавливаются в серверы DEPO Storm. Флэш-память используется также для кэширования данных в контроллерах. Контроллеры SAS с пропускной способностью 12 Гбит/с повышают производительность обмена данными между шиной PCIe 3.0 и SSD. Мы активно работаем с решениями партнеров — LSI и Adaptec. В следующем квартале планируется выпуск техники с контроллерами серии 8Q/8ZQ, поддерживающими технологию Adaptec maxCache Plus. Ее возможности многоуровневого хранения позволяют создавать виртуальные пулы хранения и включать в их состав любые СХД с блочным доступом».

Константин Баканович, технический директор DSCon, считает наиболее перспективными внешние флэш-массивы и флэш-карты PCIe: «Именно в них реализована большая часть преимуществ флэш-памяти. Внешние флэш-массивы позволяют решить проблемы узких мест с точки зрения транзакционной производительности в крупных ЦОД, в системах HPC, в коммерческих и банковских приложениях, и в первую очередь — в системах оперативного биллинга».

«Многие задачи связаны с оптимизацией баз данных, поэтому особый интерес вызывают флэш-карты PCIe, встраиваемые в серверы и СХД. Кроме того, наличие большого количества проектов внедрения VDI, аналитики Больших Данных и других решений позволяет говорить о перспективах развития внешних флэш-массивов и технологий интеграции флэш-памяти в традиционные СХД, — отмечает Василий Гноевой, технический специалист по системам хранения данных компании Fujitsu. — Флэш-память дает преимущества (уровень производительности, задержек, пропускной способности), от которых трудно отказаться, один раз их попробовав».

«Встроенные флэш-накопители могут служить не только в качестве кэша, но и как самостоятельные хранилища данных, — полагает Владимир Мешалкин. — Такой подход оправдывает себя, например, при построении виртуальной инфраструктуры, когда на SSD размещаются файлы подкачки виртуальных машин. Еще одним вариантом может быть построение кластеров без общего хранилища или с виртуальным общим хранилищем, логически объединяющим локальные хранилища серверов».

Флэш-накопители уже занимают в иерархии хранения данных достойное место между оперативной памятью и жесткими дисками, постепенно отвоевывают нишу дисков SAS, констатирует Владимир Свинаренко, менеджер по ИТ-решениям компании Huawei. Встроенные SSD в форм-факторе жестких дисков позволяют решать любые традиционные ИТ-задачи. Внешние флэш-массивы с успехом применяются там, где требуются высокая производительность, хранение больших объемов данных и одновременный доступ к ним для множества хостов. Флэш-карты PCIe наиболее подходят для ситуаций, когда задержки при обращении к данным должны быть минимальны, но нет особых требований к емкости. Наконец, появляется флэш-память, устанавливаемая в слоты DIMM (DDR3), однако будущее этих разработок пока не ясно.

Серверы, СХД и флэш-память: архитектура без узких мест
Рисунок 1. СХД Huawei OceanStor Dorado 2100G2 легко интегрируется в традиционную среду SAN и тем самым позволяет решить глобальные проблемы производительности подсистемы ввода-вывода масштаба предприятия.

Компания Huawei выпускает две основные линейки для данной области — полностью твердотельную СХД OceanStor Dorado 2100G2 (см. Рисунок 1) и PCIe карту Huawei Tecal ES 3000 PCIe SSD. Последняя позволяет «разогнать» подсистему ввода-вывода сервера до сотен тысяч IOPS и значительно ускорить работу приложений.

Intel предлагает целый ряд продуктов: серверные флэш-накопители PCIe семейства Intel SSD 910 (см. Рисунок 2), высокопроизводительные серверные накопители с увеличенным допустимым объемом регулярно перезаписываемых данных семейства Intel S3700 (доступны в форм-факторе 2,5 и 1,8 дюйма) емкостью от 100 до 800 Гбайт, высокопроизводительные серверные накопители Intel S3500 емкостью от 80 до 800 Гбайт (в III квартале появятся накопители большей емкости), а также программное обеспечение Intel Cache Acceleration Software (CAS).

Серверы, СХД и флэш-память: архитектура без узких мест
Рисунок 2. Серверные флэш-накопители PCIe семейства Intel SSD 910 емкостью 400 и 800 Гбайт.

В конце 2013 года LSI представила новую линейку карт eMLC PCIe SSD Nytro WarpDrive BLP и BFH емкостью от 800 Гбайт до 3,2 Тбайт. Они ориентированы в первую очередь на приложения баз данных и другие области, где необходимы высокая производительность и надежность. Кроме того, новые, более дешевые карты Nytro WarpDrive XP 6209 и 9210 емкостью 930 и 1860 Гбайт предназначены для поддержки стандартных приложений, не требующих сверхвысокой надежности. Новыми моделями пополнилась и линейка гибридных контроллеров Nytro MegaRAID с SSD — теперь она включает в себя модели на 200 и 800 Гбайт (eMLC). В этом году ожидаются решения для SAS 3, а линейка Syncro пополнится моделями со встроенными SSD.

В семействе СХД Oracle представлены технологии кэширования на SSD и иерархического хранения. Системы Oracle ZFS Storage Appliance последнего поколения ZS3 имеют внушительную емкость — до 2 Tбайт кэш-памяти первого уровня DRAM и до 22 Tбайт кэш-памяти второго уровня с чтением и записью на SSD. Такая архитектура позволяет выполнять 90% операций ввода-вывода из кэш-памяти. Системы хранения Oracle Pillar Axiom способны консолидировать на одной СХД множество приложений с различными приоритетами, профилями нагрузки и критичностью для бизнеса.

Серверы, СХД и флэш-память: архитектура без узких мест
Рисунок 3. Флэш-карта Oracle Flash Accelerator
F80 PCIe.

Флэш-память — один из ключевых компонентов программно-аппаратных комплексов, оптимизированных для работы СУБД Oracle. Пятое поколение Oracle Exadata Database Machine построено с расчетом на максимальную эффективность ее использования. Память флэш-карт F80 PCI (см. Рисунок 3) предназначается для данных, вероятность повторного использования которых в СУБД Oracle достаточно велика. Емкость флэш-памяти в полной конфигурации составляет 44,8 Тбайт на 300 Тбайт дискового пространства. Встроенное аппаратное сжатие данных позволяет увеличить логическую емкость флэш-карт. Oracle Exadata устраняет узкие места, возникающие при включении флэш-технологий в состав внешних массивов. За счет использования InfiniВand пропускная способность каналов между СХД и серверами СУБД составляет не менее 50 Гбайт/с.

ФЛЭШ-МАССИВЫ И ГИБРИДНЫЕ СХД

Все производители СХД выпускают системы с SSD в качестве стандартного хранилища или промежуточного уровня хранения (кэша) для быстро изменяющихся («горячих») данных, рассказывает Владимир Мешалкин. Долгое время повышение производительности дисковой подсистемы достигалось добавлением HDD. Применение накопителей SSD позволило сократить число HDD, подняв при этом производительность массивов, поясняет Александр Павлов, консультант отдела технических решений HP. Однако большинство традиционных дисковых массивов построено в соответствии с архитектурой 20-летней давности, и данный подход дает лишь кратковременное улучшение показателей скорости чтения. К тому же контроллеры таких массивов поддерживают лишь ограниченное количество SSD.

Обычно в СХД сначала задействуются твердотельные диски, а после того как заканчивается место или падает критичность информации, данные перераспределяются на другие типы носителей. Между тем технологии флэш-памяти достаточно надежны, чтобы применять их во всех приложениях. Внешние флэш-массивы востребованы в качестве быстрых хранилищ больших объемов данных для многопользовательского доступа в системах HPC, виртуализированных хранилищ SAN/NAS с быстрым доступом, а также для классических серверных приложений.

Серверы, СХД и флэш-память: архитектура без узких мест
Рисунок 4. XtremIO — первая СХД EMC, полностью на базе SSD.

«EMC является одним из пионеров флэш-технологий — SSD начали устанавливать в дисковых массивах EMC в 2009-м. Спустя год появились новые гибридные системы, в которых прозрачно для приложений одновременно работают несколько типов носителей, в том числе SSD, — комментирует Евгений Пухов, технический консультант EMC в России и СНГ. — Недавно выпущены специализированные флэш-массивы XtremIO (см. Рисунок 4). Они отличаются малым временем отклика — меньше 1 мс. В системе главную роль играет дедупликация, причем данные анализируются на наличие совпадений еще до записи, благодаря чему емкость используется эффективнее. Одна система сравнительно небольшой емкости способна поддерживать сотни и тысячи пользователей». Основные области применения XtremIO — высоконагруженные СУБД, критичные к времени отклика (системы биллинга, АБС, биржевые трейдинговые системы и другие приложения, работающие в реальном времени), и VDI.

Серверы, СХД и флэш-память: архитектура без узких мест
Рисунок 5. Флэш-массивы Violin Memory серии 6000 обеспечивают производительность до 1 млн IOPS при уровне задержек менее 250 мкс.

Однако это решение не уникально. «Недавно представленные компанией DSCon флэш-массивы Violin Memory серии 6000 (см. Рисунок 5) имеют характеристики, практически недостижимые при использовании любых других доступных технологий, — подчеркивает Константин Баканович. — Такие массивы позволяют создать современный ЦОД без механических движущихся элементов, при этом он может включать в себя высокопроизводительные серверы, высокоскоростную сетевую инфраструктуру с низкими задержками и высокоскоростные массивы флэш-памяти».

Серверы, СХД и флэш-память: архитектура без узких мест
Рисунок 6. В массиве IBM Flash System применяются заказные микросхемы и архитектура с целью достижения максимальной производительности флэш-памяти. Для данной системы характерны малое время отклика — 135 мкс, а также высокая производительность — 1,1 млн IOPS.

В числе других специализированных СХД на основе флэш-памяти — IBM Flash System (см. Рисунок 6). Среди ее достоинств — компактный форм-фактор (40 Тбайт полезных данных в корпусе высотой 2U) и низкое потребление энергии (625 Вт). Чтобы достигнуть сопоставимых результатов по производительности в традиционной СХД, понадобится система старшего класса из нескольких шкафов, но затраты на ее содержание будут на порядок выше. «Это явное экономическое преимущество IBM Flash System, особенно при ограниченном месте в серверной и невозможности подключения новых мощностей», — считает Дмитрий Агеев.

В ноябре 2013 года было представлено новое поколение S3 линейки систем хранения данных Fujitsu ETERNUS DX, где емкость кэш-памяти чтения достигает 5,6 Тбайт, а производительность системы выросла на 30–80% за счет установки в контроллер флэш-карт PCIe eXtrem Cache (EXC). Данная функциональность доступна для моделей среднего уровня Fujitsu ETERNUS DX500 и DX600. Как и в предыдущем поколении, Fujitsu ETERNUS DX S3 не имеет ограничений на число поддерживаемых SSD. До конца первой половины 2014 года во всей линейке появится возможность расширять кэш за счет SSD в форм-факторе жестких дисков.

HP предлагает массив, архитектура которого специально разработана для одновременной работы с различными типами данных, поясняет Александр Павлов: «В массиве 3Par 7450 контроллеры не являются узким местом в производительности — при добавлении новых дисков она растет практически линейно. Как и модель HP 3Par 7400, новый массив 7450 может расширяться до четырех полносвязанных контроллеров с зеркалированием кэша на запись, при этом управление томом осуществляется всеми контроллерами (на чтение и запись), что обеспечивает балансировку нагрузки между всеми узлами и дисками массива. Эта технология позволяет сохранять высокую производительность даже при выходе одного контроллера из строя».

Благодаря большой емкости кэш-памяти (96 Гбайт для четырех контроллеров), ASIC и восьмиядерным процессорам Intel E5-2470 2,3 ГГц, производительность массива достигает 900 000 IOPS при использовании только дисков SSD (4k random read) при задержке менее 1 мс. Благодаря ASIC разгружается процессор каждого контроллера, что позволяет добиться очень высоких показателей пропускной способности — до 5,2 Гбайт/с. Особенности архитектуры массива 3Par таковы, что высокая производительность обеспечивается и при добавлении большого количества SSD (120 для модели 3Par 7200 и 240 для 3Par 7400/7450). Для оценки их износа используется механизм Flash Wear Gauge, предупреждающий о возможных проблемах с носителями.

3Par позволяет применять MLC SSD емкостью 480 и 920 Гбайт (когда необходимы тома большой емкости), диски NL SAS 1TB 7.2k 2.5″ (для 3Par 7000) или SAS 600GB 10k 2.5″. С помощью QoS можно настроить очередность сразу по нескольким значениям: по IOPS, задержке, жестким приоритетам или по пропускной способности для каждого тома. Поддержка интерфейсов и драйверов OpenStack способствует интеграции 3Par с облаками.

Серверы, СХД и флэш-память: архитектура без узких мест
Рисунок 7. Принцип работы кэша массивов HP 3Par при смешанных нагрузках. Каждый тип запроса параллельно обрабатывается ASIC, тем самым сокращается очередь и повышается скорость работы массива в смешанных нагрузках. 

При записи большими блоками (например, 128 Кбайт) кэш 3Par разбивает их на блоки меньшего размера и разделяет нагрузку между носителями. Помимо этого, контроллер умеет одновременно обрабатывать запросы разных типов: последовательные и случайные (см. Рисунок 7). В результате гибридный массив 3Par 7450 демонстрирует высокую производительность, сопоставимую с флэш-массивами. При этом используются SSD — более дешевые, чем флэш-модули PCIe.

Дисковые массивы с флэш-накопителями имеют высокие показатели IOPS и времени доступа к данным, однако узким местом может стать интерфейс передачи данных от СХД к серверу, обращает внимание Владимир Мешалкин. Один флэш-накопитель способен обеспечить скорость передачи данных около 500 Мбайт/с, а массив из таких накопителей легко занимает всю доступную полосу сети хранения данных. Проблему частично решает использование высокоскоростных интерфейсов, таких как Fibre Chanel 32 Гбит/с, Ethernet 40 Гбит/с или InfiniВand, однако пока они мало распространены.

В ряде случаев кэширование на стороне сервера поможет обойтись без увеличения пропускной способности и приобретения/обновления СХД с флэш-накопителями. Обычно, не вкладывая больших средств в централизованную СХД, удается оптимизировать работу только высоконагруженных серверов. Различные тесты показывают, что использование локального серверного кэша емкостью примерно в треть от общего обрабатываемого приложением объема данных может приводить к увеличению производительности на 200–300%.

ФЛЭШ-КАРТЫ PCIe

«Серверный кэш с использованием флэш-накопителей реализуется разными способами. Самый простой и доступный — подключение локального диска SSD, — рассказывает Владимир Мешалкин. — Однако в этом случае скорость ограничена характеристиками интерфейса SAS/SATA. Решить проблему можно, используя SSD с интерфейсом PCIe — выпускаемая в настоящее время флэш-память PCIe обеспечивает скорость обмена данными около 1,5 Гбайт/с».

Флэш-карты PCIe — одно из самых перспективных направлений на ближайшие несколько лет, уверен Александр Зейников, региональный бизнес-менеджер компании LSI в России и СНГ: «В первую очередь это связано с тем, что контроллеры SAS/SATA/FC всегда создавали и создают узкие места при обмене процессор — шина — контроллер. Во многих случаях можно перейти к схеме процессор — шина и немного уменьшить задержки при работе с данными. Для этого разрабатывается стандарт NVMe, когда устройства хранения будут подключаться непосредственно к шине PCI, но первые массовые продукты появятся лишь через несколько лет. Пока же сложные задачи решаются при помощи SSD PCIe. За последний год линейка таких устройств в портфеле LSI выросла до десятка с лишним позиций, включая различные типы флэш-памяти. Amazon, Facebook, Google уже используют эти технологии, разработанные с учетом их требований».

Флэш-карты PCIe обеспечивают кэширование и индексирование данных. Они применяются в приложениях, где требуются: минимальная или регламентированная задержка, а также низкая стоимость IOPS (удельная стоимость операции ввода-вывода), — это быстрые хранилища данных для HPC, приложений Web 2.0, виртуализированных хранилищ SAN/NAS с быстрым доступом; кэширование часто используемых блоков данных и файлов ОС, метаданных, пользовательских данных; поддержка дедупликации данных в многопользовательских хранилищах; кэш-память для NFS (сетевых файловых систем).

Флэш-карты PCIe позволяют эффективно организовывать кэширование на стороне сервера. Например, серия адаптеров 10000 компании Qlogic дает возможность создать распределенный синхронизированный кэш для серверов, подключенных к SAN, и тем самым значительно повысить производительность при работе с сетевыми хранилищами, рассказывает Константин Баканович. При этом кэширование прозрачно для серверных приложений, так как драйверы адаптеров работают на уровне стека FC. Решение такого типа есть и у Violin Memory — это семейство адаптеров Velocity.

В настоящее время флэш-карты PCIe являются предпочтительным вариантом с точки зрения производительности, так как нет необходимости эмуляции традиционных интерфейсов HDD и многочисленных операций преобразования данных. Эти карты обладают развитыми внутренними функциями и сервисными возможностями; так, например, реализуемый в них механизм «сбора мусора» значительно эффективнее похожих средств, используемых в SSD форм-фактора HDD.

Для тех, кто пока не готов к переводу нагрузки на специализированный флэш-массив, EMC предлагает другой продукт — XtremCache в виде флэш-карты PCIe. XtremCache представляет собой выделенное хранилище DAS емкостью от 500 до 2000 Гбайт, которое можно использовать как расширение основного дискового массива, например VNX или VMAX. В этом случае кэширование будет прозрачным для приложений и обеспечит многократный прирост скорости. XtremСache доступно также в виде ПО, поддерживающего платы PCIe сторонних производителей.

Серверы, СХД и флэш-память: архитектура без узких мест
Рисунок 8. Контроллер LSI Nytro MegaRAID использует SSD для кэширования «горячих» данных.

Флэш-карты PCIe должны применяться для самых нагруженных приложений. В конфигуратор серии DEPO Storm 3000 включен дисковый контроллер LSI Nytro MegaRAID (см. Рисунок 8): кэширование на SSD значительно увеличивает производительность серверных приложений и среды виртуализации. ИТ-администратор может выбрать необходимый уровень производительности, емкости и надежности.

Флэш-карты PCIe уже продемонстрировали свои возможности в приложениях Web, облачных архитектурах и системах корпоративного класса. Процесс начался с «тяжелых» серверных решений — крупных баз данных. Oracle RAC комплектуются такими устройствами в базовой конфигурации, эти продукты включили в свои линейки и другие производители серверов первого и второго эшелонов. Сейчас происходит внедрение технологии в продукты среднего и нижнего ценового сегмента. За три года SSD PCIe подешевели в 15 раз — с 30 до 2 долларов за 1 Гбайт.

Уходят в прошлое опасения относительно надежности технологий SSD. Контроллеры Flash Storage Processor (FSP) проделали огромный путь по улучшению характеристик NAND до корпоративного уровня. Согласно прогнозам Oracle, через некоторое время флэш-память полностью займет нишу хранения «горячих» данных в серверном сегменте, а HDD переместятся в область архивного хранения. Однако в ближайшие несколько лет будут популярными гибридные решения, состоящие из SSD и HDD. «Постепенно «размывая» долю, занимаемую традиционными дисками, флэш-память, возможно, сможет вытеснить их в специализированную нишу, как это произошло с магнитными лентами», — подтверждает Василий Гноевой.

ФЛЭШ-ПАМЯТЬ ДОПОЛНЯЕТ ОЗУ

Около года назад компания Diablo Technologies представила архитектуру Diablo Memory Channel Storage (MCS), в которой для обмена данными между процессорами и флэш-памятью сервера используется стандартный интерфейс DDR3. По оценкам компании, MCS может снизить задержки на 85% по сравнению с SSD PCIe. Компоненты MCS емкостью 200 и 400 Гбайт размещаются в стандартных слотах DIMM. Производителям серверов потребуется лишь немного изменить BIOS.

Серверы, СХД и флэш-память: архитектура без узких мест
Рисунок 9. В новом поколении серверов IBM x6 архитектуры x86 появилась возможность устанавливать флэш-память непосредственно в слоты DIMM. Специализированный модуль IBM eXFlash емкостью 200 или 400 Гбайт со временем отклика 5–10 мкс и производительностью 150 тыс. IOPS можно сконфигурировать как обычный носитель или как дополнительную кэш-память.

Подобный подход использовала IBM: в ее новых серверах x6 флэш-память eXFlash устанавливается в слоты DIMM, как обычный модуль памяти (см. Рисунок 9). Согласно результатам тестирования, проведенного специалистами IBM, у eXFlash DIMM время записи составляет 5–10 мкс, тогда как у модулей флэш-памяти на базе PCIe — 15–19 мкс. При этом общая емкость флэш-памяти сервера может достигать 12,8 Тбайт, а оперативной памяти — 64 Гбайт (24 модуля DDR3 DIMM). Соотношение видов памяти подбирается в зависимости от типа нагрузки.

«Флэш-память, устанавливаемая в слоты DIMM (DDR3), потенциально очень интересна, однако сейчас о ней говорить рано, — считает Виктор Урусов. — По результатам тестов технология кажется весьма перспективной, но выводы можно будет сделать только через два-три года интенсивной эксплуатации. Если эти носители выдержат все нагрузки, не потеряв в надежности и производительности, мы сможем смело утверждать, что за ними будущее».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Среди других устройств долговременного хранения информации накопители SSD обладают самыми лучшими скоростными характеристиками. При этом они не лишены определенных недостатков — по сравнению с HDD у них существенно меньшая емкость и более высокая цена, подчеркивает Сергей Давыдов. Основная сфера применения SSD на данный момент — «нулевой» уровень хранения в системах корпоративного класса.

«Мы ожидаем, что к концу 2014 года на флэш-памяти будет храниться около 10% наиболее востребованных корпоративных данных, — говорит Виктор Урусов, — а поскольку продолжаются ее распространение и падение цен, флэш-память будет применяться на всех уровнях хранения. Не за горами и появление нового поколения. В этом направлении уже есть несколько наработок, включая PRAM, RRAM и Racetrack Memory, которые способны хранить в десятки раз больше информации и отдавать ее еще быстрее. Кроме того, IBM имеет прототипы технологии хранения на атомарном уровне. Уже удалось разместить 1 бит информации на 12 атомах. Это эквивалентно тому, что на флэшке обычного размера поместилось бы 12 Тбайт. В результате больше данных можно будет размещать рядом с процессором».

Как считает Сергей Жуковский, специалист по продажам Intel, постоянный рост емкости флэш-накопителей и одновременное снижение удельной стоимости хранения ведут к расширению области применения всех видов флэш-памяти в инфраструктуре хранения данных корпоративного класса, постепенно вытесняя электромеханические накопители в область «холодных» и «теплых» хранилищ, резервных систем хранения и хранилищ файлов стандартных серверных приложений — Web, электронной почты, видео и т. д.

В этом году использование флэш-памяти в серверах и СХД корпоративного класса станет массовым, и можно ожидать немало интересных технических решений.

Сергей Орлов — ведущий редактор «Журнала сетевых решений/LAN». С ним можно связаться по адресу: sorlov@lanmag.ru.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями

Купить номер с этой статьей в PDF