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2018年8月6日 星期一

Glass Is The Future of Data Storage





隨著當前資料中心容量,需求的不斷成長,迫使儲存環境必須充分利用旋轉式磁碟,和快閃記憶體技術的優勢。

數十年來,企業資料中心的管理人員們,都面臨著必須不斷的努力,以便有效地儲存和檢索,他們管理的設施所收集、建立的大量資訊,進而更好的服務於使用者的挑戰。

能夠以快速且最具成本效益的方式,儲存和檢索資料,是成功的資料中心營運的關鍵。但是,隨著企業組織所儲存和檢索的資料量,以指數級的速率不斷成長,這方面的挑戰變得更加的棘手。



傳統上,IT企業往往是透過簡單地,根據需要添置伺服器、儲存和網路資源,來處理越來越多的資料。然而,鑑於企業當前的所收集的資料量,正在以每年40%至60%的速率,瘋狂成長,其管理壓力越來越大,同時也更為複雜。

雖然曾經的太位元組(TB:Terabyte)是這一行的管理規則,而且現在的拍位元組(PB:Petabyte)的資料,似乎超出了人們的理解力,但是我們當下正處在一個,哪怕任何一個小角落的環境,都可能存在艾位元組(EB:Exabyte)資料的時代。

好訊息是,傳統的旋轉硬碟驅動器技術,和固態儲存(通常稱為快閃記憶體儲存)的改進——且如果在正確部署的情況下,就有助於大大舒解上文所述的,其中一些問題。

這兩種儲存方法,以各種方式相互補充。因此,許多企業的資料中心,紛紛都在積極的部署這兩種儲存方法,以建立混合的儲存環境。硬碟驅動器提供了大量的儲存能力,但較之快閃記憶體儲存,其傳輸資料的速度則要慢得多。

固態儲存提供了一流的效能,以及卓越的能源效率,但這往往是以高昂的成本為代價的。

故而企業資料中心,儲存管理員的關鍵工作,便是要恰當的部署,每種型別的儲存技術,以儘量實現每種型別的,儲存技術的最佳執行。而儲存領域的最新改進,再加上資料傳輸技術的變化,可以使得當下企業資料中心的執行效率,比以往任何時候都更高。

來自StorageIO公司的高階諮詢顧問分析師,雷格·舒爾茨(Greg Schulz)表示說:「在資料中心,幾乎所有方方面面的共同的主題,便是混合儲存。」

他已經在多個行業,從事儲存技術的研究有十多年了。 「正是資料中心業界,當下所執行的這類技術,使得資料中心具備了靈活性、適應性和可擴充套件性。」

根據舒爾茨的介紹,傳統硬碟技術,和快閃記憶體技術的進步,正在創造出一些,非常靈活和強大的混合儲存模型。

硬碟技術的進步
傳統的硬碟驅動器的歷史,幾乎和電腦本身的歷史一樣長,但技術仍然在不斷的發展。舒爾茨表示說:「我們看到:硬碟驅動器的整體容量有所增加,這降低了每個容量的成本,同時帶來了儲存更大資料量的能力。」

在過去,通過簡單地增加驅動器的旋轉速度——以每分鐘的轉數(rpm)來測量——以達到傳統的磁碟效能的提升。硬碟是以較低的rpms開始的,並逐步增加到了7200轉/分、10000轉/分甚至15000轉/分。

但是,基於旋轉速度的增益,已經停止了。並且,由於驅動器的實體組成的因素,也可能不會變得更高了。任何超過15,000 rpm的速度,都會導致驅動器內的膠面,因自己分開而出現故障失敗。然而,這在效能方面可能不再重要。

事實上,硬碟驅動器技術與旋轉速度,一起實現最大化的神話,根本不是真的,即使它們以15,000 rpm的速度推出。「旋轉速度,並不完全相同等同於效能,」 舒爾茨說。

 「韌體、優化、快取記憶體和程式邏輯也有進步,這些都可以讓資料的讀取比之前更好。今天所使用的這些先進的典型的10,000 rpm驅動速度,比幾年前的15K旋轉驅動器快三倍。」

一家主要製造各種基於磁碟的技術的,儲存供應商Idealstor公司的技術長Nandan Arora表示說:「旋轉驅動器不會很快就消失,因為資料量越來越大,而且企業組織有能力。

處理這些資料資訊,旋轉驅動器較之快閃記憶體的三大優勢,是成本、容量和長時間強力使用的能力——基本上是在於其強大的可靠性。」

磁碟驅動器技術中,最有意思的進步之一,是將快閃記憶體新增到各種大小的旋轉驅動器中。驅動器中的快閃記憶體元件,可用於快取和儲存優化,而旋轉磁碟可以處理儲存。

超級引數限制障礙
資料中心管理人員們,可能傾向於關注,旋轉磁碟儲存效能的限制,但有些專家認為,我們還遠未達到目前技術的界限。事實上,超級引數限制屏障這一硬碟驅動器的理論,最大效能水準,已經被設定和超過了很多次了。

StorageIO公司的高階諮詢分析師格雷格·舒爾茨表示:「超級引數限制障礙就像一堵牆,傳統的儲存被認為應該繞不過去。

我們曾經認為其應該在1990年代達到其限制,但在過去25年裡,多次越過了這一限制。 

例如,如果諸如轉向垂直記錄等,新的記錄方法和材料,沒有被開發出來,我們早在多年前,就已經碰壁達到其限制了。」

而關於超級引數障礙限制的討論,開始再次出現,究其原因是因為每分鐘的轉速,已經達到15,000轉,因此如果沒有在,結構變得不穩定的情況下,傳統磁碟的轉速不會變得更快。

因此,不再需要基於提高旋轉速度的效能提升了。但舒爾茨說,其他技術仍然可以很容易地彌補這一侷限性。

舒爾茨表示說:「硬碟技術正在改進,新的技術提供了更大的塊規模大小,更大的快取和優化,以及諸如疊瓦式磁記錄(Shingled Magnetic Recording, SMR)技術的增強。 

「今天,較之幾年前的旋轉速度,較慢的硬碟的效能卻要更優。很快,就會變得在任何時候,都已經沒有了打破壁壘的危險了。」

上圖:您企業當前是否在使用固態儲存?

快閃記憶體技術的大熱
快閃記憶體儲存正在迅速發展,企業客戶的儲存策略也在隨之發生變化。近年來,閃電的容量急劇增加,推動了該技術從諸如膝上型電腦等小規模的部署,轉變為主流企業營運環境和資料中心的部署。

快閃記憶體驅動器,具有高達16 TB的儲存容量,在今天已經變得普遍可用,而且未來還會有更大的應用前景。

隨著容量能力的成長,快閃記憶體變得越來越可靠。由於諸如三階儲存單元(Triple-Level Cell,TLC)和3D NAND儲存器等,技術的發展,其所佔用的空間還變得更小。TLC使用每個單元的多個電平,以允許使用相同數量的電晶體,儲存更多資訊,從而增加總體容量。

透過採用由英特爾和美光,共同開發的3D NAND技術,資料層以非常精確的精度,垂直堆疊在快閃記憶體儲存單元上,創造出比其他資料堆疊技術,更大容量的儲存裝置。其在提供這種能力的同時,佔用比其他儲存技術,少得多的空間,和更少的功率。

新的技術還透過使用浮動門,使得快閃記憶體更加可靠,使得驅動器更均勻地磨損。舒爾茨說:「人們認為快閃記憶體,沒有移動部件。但是,有一些門在微米級移動,它們會隨著時間的推移而磨損。」

儘管供應廠商在快閃記憶體技術方面,取得了進步,但其在容量方面,仍然落後於傳統的儲存,這一點使得企業資料中心,完全使用快閃記憶體儲存,變得成本代價昂貴且效率低下。 

「如果您企業可以在資料中心部署全快閃記憶體,那麼一切問題都迎刃而解了,但是,這樣做的前提是,你企業最好有一個強大的資金預算。」 舒爾茨表示說:「相比之下,在恰當的地方,部署了一點快閃記憶體,可以走更長的路。」

Idealstor公司正在將混合模式投入生產,併發布了其全新的超融合系統,這是一種混合儲存陣列,也可以融入虛擬化和軟體定義儲存,為中小企業市場服務。該公司相信,該系統的效能優勢也有助於其進軍企業資料中心。

「超融合系統同時,使用快閃記憶體和旋轉盤,都能獲得很好的效能表現和經濟效益,這對於那些希望打造其私有雲的企業組織來說,是完美的解決方案。」Arora說。 

「寫入過程一般較慢,所以我們把所有東西,都寫入手快閃記憶體,然後系統將其移動到旋轉盤上的長期儲存。」

遷移資料
除了儲存媒介本身之外,資料中心還必須應對將資料,從各種驅動器,快速傳輸到所需求的使用者的問題。許多資料中心最初集中在光纖通道上,進行這些連線,但其他技術,如Infini Band架構和快速乙太網中還正在部署中。

光纖通道最初提供,每秒2吉位元的資料傳輸速率,其速度已經提高到16Gbps,而在未來幾年,32Gbps的光纖通道可能會變得更加普遍。然而,大多數InfiniBand架構,都是始於40Gbps的速度,乙太網的規格從10到100Gbps不等。

介面卡確實存在,以幫助將光纖通道與更快的架構相結合,但是大多數專家認為,網路最終將切換到具有更高的最高速度,並且通常與現代裝置,更加相容的乙太網或者InfiniBand架構中。

舒爾茨說:「我認為,在接下來的十年左右,我們仍然會看到很多光纖通道,儘管它將被越來越少地使用。許多資料中心的規模是如此之大,因此改變成別的選項,會是一項浩大的工程,他們只能在五到十年的時間裡做一些事情。」


儲存的未來
許多專家認為,混合儲存模式至少可能在未來十年,繼續保持流行。除了釋出一些新的儲存技術外,混合儲存將在可預見的未來繼續大行其道。

已經發生的一個重大變化,是許多企業的資料中心,正在部署基於雲的儲存。但即使是這樣,也可能只是混合儲存的另一個機會,因為很多雲端儲存也在變得混合。

思科系統雲端計算和虛擬化業務部,高階副總裁兼總經理Gee Rittenhouse表示說:「混合雲將變得非常重要,因為企業可以藉此來保護私有資料,然後還能享有公共雲服務的可擴充套件性。這將確保混合雲,將繼續與分散式公共雲一起成長,這也將推動其自身的不斷擴大和擴充套件。」

無論雲服務,或應用程式的型別是怎樣的,混合儲存解決方案和產品,將在未來幾年內,繼續提供靈活性和經濟性的平衡,來支援它們。


IOPS和可擴充套件性在混合雲中的結合
資料中心良好的混合儲存系統的祕訣,就在於傳統的旋轉磁碟,和快閃記憶體驅動器,在其最佳的效能狀態下,實現有效的使用。

快閃記憶體驅動器,最適用於提供每秒大量的輸入輸出操作(IOPS),而傳統的驅動器,可以橫向擴充套件,提供幾乎無限的容量。

一款驅動器的IOPS,等同於在使用者查詢被延遲,以等待其前面的資訊被清除之前,每秒可以訪問資訊的次數。最快的旋轉磁碟驅動器,可以提供180到200的IOPS。

與典型的可以提供,從3,000到3,500的 IOPS的快閃記憶體驅動器相比,傳統的磁碟跟不上。但是在混合系統中,它們不需要。 相反,快閃記憶體處理寫請求,這通常涉及較慢的程序。 

混合系統將資料,儲存在快閃記憶體中,然後最終將其移動到傳統驅動器,而較慢的驅動器,可以經濟有效地提供,大量資料中心的儲存需求。

傳統的驅動器,通常為讀請求提供有效的效能,這需要更少的時間。混合裝置這樣的設計,使得兩種儲存型別,可以無縫協同工作,進而可以使得這兩種儲存型別,均能夠達到最佳的效果。

一家專注於儲存問題的諮詢公司Taneja集團的創始人,兼諮詢分析師Arun Taneja表示說:「當一款混合系統從零開始,建成使用快閃記憶體,並實現最佳工作效果時,通常在總容量的10%左右,效果非常的好。採用這種方式,幾乎可以解決任何問題。」

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