SSD для сервера
Серверы

SSD для сервера

Твердотельные накопители все обширнее вторгаются как в потребительские решения, так и в корпоративный сегмент. Замечательная производительность, высокая скорость, превосходное быстродействие при выполнении параллельных задач. В данном мануале мы рассмотрим какие использовать SSD для сервера и полезные свойства этого компонента. Быстродействие — важная характеристика, которой пренебрегать не стоит, а дисковая подсистема — основа производительности.

Быстродействие — наше все

«Бутылочное горлышко» — вечная проблема дисковых накопителей. HDD практически всегда слабое место системы. Медленные, способны выполнять только последовательные запросы. Чтобы обеспечить полноценную работу, приходилось делать RAID-массив из жестких дисков. В противном случае было столкновение с жуткими тормозами, ведь ресурсы харда практически всегда в сложных операциях загружены полностью.

С появлением твердотельных накопителей ситуация заметно улучшилась. Наконец-то стало можно вздохнуть спокойно, ведь быстродействие на высоте, правда, кошелек пустой. Но ради производительности готовы стерпеть даже такое положение вещей, ведь массивы данных увеличиваются в геометрической прогрессии из года в год.

Сейчас требования у приложений стали такими, что HDD годятся только в качестве хранилища. Операционную систему, программное обеспечение без SSD даже нет смысла запускать. Особенно требовательна к быстродействию дисковой подсистемы корпоративная сфера. Если раньше приходилось изгаляться, теперь можно просто установить серверный SSDБольшинство компаний, которым требуется максимальная скорость, поступили именно так.

Отличная производительность помогает заработать, а чтобы извлечь прибыль, приходится вложиться. Но вопрос: во что?

SSD для сервера
Компьютерные и серверные SSD

Какой SSD для сервера выбрать?

Solid-state drive – запоминающее устройство на основе флеш-памяти. Существуют разные типы, например, основанные на разных методах соединения ячеек:

  • NOR – двумерная матрица проводников, с одним звеном на пересечении;

  • NAND – двумерная матрица проводников просто транзистор заменен на столбец из последовательно размещенных ячеек.

В современных «резервуарах» чаще используется второй вариант, ведь он более хорош во многих смыслах:

  • большая плотность записи;

  • стирание памяти в блоках производится сразу, в NOR сначала требуется обнулить все байты блока;

  • более низкое энергопотребление.

В общем, NAND использовать целесообразнее. NOR-SSD на рынке сейчас не видать, так что смысл имеет вести про важное направление.

Итак, сначала определимся с видами flash-memory NAND:

Тип флеш-памяти

SLC

MLC

 

TLC

Бит на ячейку

1

2

3

TDW

100 тыс.

тыс.

тыс.

Время чтения

25μs

50μs

75μs

Время записи

200–300μs

600–900μs

900–1350μs

Время стирания

1,5-2ms

3ms

4,5ms

Итак, расшифруем:

  • TDW – количество циклов записи/стирания, через указанное количество циклов звено с высокой вероятностью «умирает»;

  • все значения времени указаны для одной ячейки. μs – микросекунды.

Так-с, теперь пришло время поговорить о каждом типе отдельно.

SLC

Наверное, поняли, что самый лучший вид NAND-memory. Надежный, производительный. Ожидаемо, самый дорогой. Стоимость может превышать цену «младших» собратьев разы.

Например, накопитель Transcend 500TS64GSSD500 построен на SLC. Стоимость за 64 ГБ составит примерно 45 000 рублей. Недешево. Так что даже в серверах увидеть можно редко. Есть более удобные альтернативы, практически не уступающие. К тому же, низкая плотность записи даст о себе знать. Здесь приходится выделить каждый бит на отдельный элемент, соответственно, физический размер устройства будет расти с количеством оных.

MLC

Многоуровневая. Имеет большую плотность записи, ниже стоимость. Но, пришлось пожертвовать надежностью. На данный момент один из наиболее распространенных типов флеш-памяти. Для реализации пришлось ввести дополнительные 4 пороговых напряжения, но, как оказалось, требования к состоянию микросхем возросли, деградация свойств плат сильнее отражалась на возможности работоспособности компонентов.

В принципе, ресурса современных MLC может хватить на несколько лет бесперебойной работы, потому, хороший выбор SSD для сервера.

TLC

Впоследствии решили сделать трехуровневый, чтобы еще сильнее увеличить плотность записи и снизить конечную стоимость твердотельного накопителя. К сожалению, это негативно отразилось на быстродействии, а также серьезно сократило TDW.

На реализацию такой структуры требуется 8 уровней порогового напряжения. Требования к микросхемам возрастают еще сильнее. Так что удешевить получилось, увеличить плотность записи тоже, но надежность вышла не очень.

QLC

Устройства класса NAND такого типа памяти разрабатывали только экспериментально. Ключевое отличие — 16 уровней зарядов на ячейку, то есть 4 бита на каждую. К несчастью, надежность стала столь низкой, что выпуск подобного solid state drive не имела смысла. Зато реализация QLC в 3D-NAND вышла на порядок надежнее, потому, применение нашла там.

3D-NAND

Задача создавать более емкие быстрые и компактные «резервуары» с выходом предыдущих типов «флешек» не потеряла актуальность. Как увеличить надежность и удешевить изделие одновременно?

Конечно, наука нашла ответ на данный вопрос.

Итак, как увеличить емкость?

  1. Добавляем количество бит для каждого звена памяти. Теряем надежность, увеличиваем энергопотребление. Результат получится не очень.

  2. Техпроцесс. Если минимизировать физический размер звена, то в пределах одной платы можно разместить больше ячеек.

Уменьшили, но и здесь оказался облом. Оказалось, что сильнее, чем до 15нм, снизить размер физически невозможно. А, значит, придется искать другое решение.

Было решено увеличивать количество элементов не горизонтально, а вертикально, соответственно, в пределах одной микросхемы стало помещаться больше памяти, а некоторые проблемы, которые были характерны для предыдущих классов памяти, отошли на задний план. Правда, пришли новые, но ходят слухи, что с ними успешно справляются.

Например, 3D MLC NAND может иметь от 6 000 до 40 000 циклов перезаписи и это не предел. 3D TLC и QLCк сожалению, имеет меньше циклов перезаписи. Но, банально. Intel DC P4600 феноменально отметилась TDW равным 11080Фактически, у данного SSD есть 11080 циклов записи/стирания до отказа. Результат отличный. Стоимость, конечно, тоже высокая, но это же для серверов и ЦОД, другого ожидать не стоит. Дороговизна обусловлена низкой латентностью на запись. Обычному потребителю это не нужно. Среди потребительских твердотельных накопителей чаще всего встречается 3–6 тысяч циклов.

В общем, SSD для сервера на основе 3D NAND – наиболее разумный вариант. Теперь поехали болтать о другом.

intel DC P4600
Intel DC P4600: типичный представитель SSD для серверов

Интерфейсы

Итак, у SSD, как и HDD существует множество интерфейсов. Наиболее распространенные:

  • SATA;

  • SAS;

  • NVMe.

Разберем каждый, они имеют принципиальные отличия. Конечно, суть одна, с точки зрения технической архитектуры различий практически нет, но есть серьезная разница в подходе к применению. Потому, рекомендую ознакомиться, если, конечно, перечисленное далее еще вам неизвестно.

SATA

Сей интерфейс предназначен для последовательных запросов ввода/вывода. Фактически, шина не пропускает более одного обращения подряд, пока не будет получен ответ. Четкая последовательность. При этом с асинхронными запросами работает плохо. Для параллельной работы с большим количеством обращений практически не годится. Следуют серьезные потери скорости. Даже флеш-память тут может не сдюжить, но главная проблема заключается именно в пропускной способности шины.

SAS

Serial Attached SCSI также предназначен для работы с последовательными запросами. К сожалению, также последовательный интерфейс, но уже с двумя каналами, соответственно, асинхронные запросы ввода/вывода реализуются плохо, но заметно лучше, чем в предыдущем варианте.

В смешанных процессах лучше не применять даже несмотря на то, что результаты будут заметно приятнее, чем у SATA. К тому же, цена на SSD SAS довольно высокая, иногда, выше, чем у более производительных NVMe-накопителей, речь о которых поведу далее.

NVMe

Новый логический интерфейс, разработанный специально для работы со смешанными процессами. Хоть и является последовательным, но шина PCI-E имеет своеобразный тип соединения «точка-точка», которые позволяют разбивать запрос побитно и отправлять его сразу через несколько последовательностей и также получать.

Фактически, Non-Volatile Memory Express – наиболее быстрый из существующих, ограничения предыдущих интерфейсов отсутствуют, можно обработать любую численность параллельных обращений к накопителю. К сожалению, цена заметно выше, чем у предыдущих двух вариантов.

Но именно NVM Express на данный момент самый перспективный интерфейс. Если предыдущие имеют ограничения скорости на уровне интерфейса, то здесь единственное ограничение — PCIe. Сейчас шина дорабатывается, чтобы иметь еще большую пропускную способность. Тогда ограничением станет производительность процессора, оперативной памяти.

Заключение

Как видите, существует множество серверных SSD. Выбор зависит от ваших задач и средств, которые готовы вложить в сие дело. Успехов, надеюсь, что сумеете выбрать комплектующие, что закроют потребности полностью.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.