Thiết kế bộ nhớ cho ổ đĩa SSD doanh nghiệp

Ổ đĩa Solid State Drive (SSD) đã tồn tại trong khoảng thời gian dài hơn những gì bạn nghĩ. Sự phổ biến hiện tại của chúng bắt đầu từ vài năm trước với các ổ đĩa có dung lượng nhỏ, đắt tiền. Chúng có hiệu suất tốt hơn đáng kể so với các ổ đĩa quay, điều này được chứng minh quan trọng ở nhiều lĩnh vực. Chúng cũng có đặc điểm tiêu thụ điện năng thấp và không nhạy cảm với va chạm (tức là bạn có thể rung chúng trong khi hoạt động mà chúng không gây ra lỗi hoặc mất dữ liệu). Trong bài viết này chúng tôi sẽ hướng dẫn Thiết kế bộ nhớ cho ổ đĩa SSD doanh nghiệp .

Tuy nhiên, chúng vẫn còn nhiều khuyết điểm.

Dung lượng ban đầu nhỏ, giá thành trên mỗi GB cao hơn rất nhiều so với ổ đĩa quay, và chúng có một số đặc trưng độc đáo so với đĩa quay mà người dùng phải hiểu rõ. Một số trong số đó bao gồm:

• Giới hạn độ bền (số lần ghi vào các ô nhớ bị giới hạn)
• Cập nhật một bit liên quan đến toàn bộ khối dữ liệu
• Tăng cường viết – hơn một lần viết để viết một bit dữ liệu
• Đọc dữ liệu có thể dẫn đến lỗi dữ liệu

Các giao thức

Ngoài ra, tất cả các ổ đĩa đều dựa trên giao thức SATA. Hãy nhớ rằng giao thức SATA có tỷ lệ lỗi dữ liệu cao hơn so với SAS (dù là trên ổ đĩa SATA người tiêu dùng hoặc thiết bị doanh nghiệp gần đây SATA/SAS). Nếu hệ thống tập tin của bạn không thể phát hiện lỗi dữ liệu, bạn sẽ gặp một số khó khăn với các ổ đĩa SSD này.

Các ổ đĩa SSD ban đầu cũng gặp một số khó khăn chung. Ví dụ, chúng khó để duy trì một mức độ hiệu suất nhất định (ghi hoặc đọc). Do giới hạn độ bền ghi, nhà sản xuất cung cấp các thời gian bảo hành khá ngắn.

Dần dần, các nhà sản xuất đã phát triển các kỹ thuật và công nghệ mới để giải quyết những hạn chế này, nhưng vẫn còn một số lo ngại xung quanh ổ đĩa SSD, đặc biệt là trong thế giới doanh nghiệp.

Điều này đã thúc đẩy các nhà sản xuất sản xuất ra một loại SSD tốt hơn mà họ gọi là “ổ đĩa SSD doanh nghiệp”. Về mặt cao cấp, các lợi ích điển hình của một ổ đĩa SSD doanh nghiệp bao gồm:

Tiện ích của ổ đĩa SSD doanh nghiệp

• Hiệu suất cao hơn
• Hiệu suất ổn định hơn
• Bảo vệ dữ liệu được lưu trữ trong DRAM trong trường hợp mất điện
• Mã sửa lỗi lỗi (ECC) mạnh mẽ hơn
• Chất lượng dịch vụ ổn định và liên tục
• Bảo hành dài hơn
• Mức độ chịu đựng lớn hơn
• Mức độ chênh lệch lớn hơn

Tất nhiên, ổ đĩa SSD doanh nghiệp có giá cao hơn so với ổ đĩa SSD tiêu chuẩn, nhưng đó là sự đánh đổi cho các tính năng mà bạn có được trên ổ đĩa SSD doanh nghiệp. Hơn nữa, các ổ đĩa SSD doanh nghiệp có thể có nhiều giao diện khác nhau bao gồm SAS. Lưu ý rằng định nghĩa về ổ đĩa SSD doanh nghiệp không dựa trên giao diện của ổ đĩa.

Một trong những tính năng chính của ổ đĩa SSD doanh nghiệp là độ bền.

Độ bền SSD doanh nghiệp

Độ bền của ổ đĩa doanh nghiệp (SSD) do hai tổ chức chuẩn ngành JEDEC và SNIA định nghĩa, với mục đích phân biệt giữa SSD cho người tiêu dùng và SSD doanh nghiệp. JEDEC và SNIA đều công bố thông số kỹ thuật về độ bền (JEDEC) và hiệu suất (SNIA).

Khả năng sử dụng liên tục

Điều quan trọng cần lưu ý là các tiêu chuẩn này đưa ra các mô hình sử dụng dữ liệu cho SSD người tiêu dùng và SSD doanh nghiệp. SSD người tiêu dùng được kiểm tra với các ứng dụng người tiêu dùng. Điều này cũng có nghĩa là chúng không được kiểm tra trong một kịch bản 24/7 vì điều này rất hiếm trong thế giới người tiêu dùng. Ngược lại, SSD doanh nghiệp được kiểm tra với các ứng dụng doanh nghiệp và được kiểm tra trong một môi trường 24/7 mà bạn có thể gặp trong một trung tâm dữ liệu.

Nhiệt độ giới hạn cao

Trong JEDEC 218 và 219, các mô hình sử dụng dữ liệu của SSD người tiêu dùng và SSD doanh nghiệp được định nghĩa. Đối với SSD doanh nghiệp, JESD 218A định nghĩa mô hình sử dụng dữ liệu là 24 giờ mỗi ngày tại 55 ° C với ba tháng lưu trữ tại 40 ° C. Ngược lại, trong JESD 218A, mô hình sử dụng dữ liệu của người tiêu dùng được định nghĩa là tám giờ mỗi ngày tại 40 ° C với một năm lưu trữ tại 30 ° C. Các mô hình sử dụng dữ liệu này rất khác nhau.

Các nhà sản xuất đã cải tiến độ bền của SSD doanh nghiệp theo thời gian bằng cách sử dụng các kỹ thuật khác nhau bao gồm thuật toán wear-leveling, over-provisioning và self-healing. Over-provisioning là một kỹ thuật rất phổ biến được sử dụng trong SSDs có thể giúp tăng tuổi thọ và cải thiện độ bền. SSD doanh nghiệp thường dành một phần trăm lớn hơn của bộ nhớ NAND flash so với ổ đĩa cho người tiêu dùng. Lần lượt, điều này cho phép SSD doanh nghiệp sử dụng các tùy chọn NAND Flash độ bền thấp hơn bao gồm multilevel cell MLC ,3D NAND và triple-level-cell (TLC) là các tùy chọn chi phí thấp giúp giảm giá mặc dù có tăng tỷ lệ quá mức.

Hiệu suất lưu trữ

Thông thường, độ bền của SSD được mô tả bằng hai thuật ngữ. Thứ nhất là số lần ghi đầy ổ đĩa mỗi ngày (DWPD) cho một khoảng thời gian bảo hành nhất định. Nếu bạn có một ổ SSD 100GB với DWPD được chỉ định là một (một lần ghi đầy ổ đĩa mỗi ngày) thì nó có thể xử lý 100GB dữ liệu được ghi vào mỗi ngày trong khoảng thời gian bảo hành. Nếu DWPD là 10, thì nó có thể xử lý 1TB dữ liệu được ghi vào ổ đĩa mỗi ngày trong khoảng thời gian bảo hành.

Thuật ngữ thứ hai mô tả độ bền của SSD là terabytes được ghi (TBW). Điều này mô tả số lượng dữ liệu có thể được ghi vào ổ đĩa trong suốt tuổi thọ của ổ đĩa. Một con số lớn cho thấy độ bền tốt hơn so với một ổ đĩa có số TBW nhỏ hơn.

Quan trọng là không có quy định cụ thể về cách dữ liệu được ghi vào ổ đĩa cho cả hai đo lường này. Ví dụ, các thử nghiệm có thể được thực hiện bằng dữ liệu liên tục, điều này dễ xử lý hơn so với 4K IOPS ngẫu nhiên. Với IOPS ghi ngẫu nhiên, bạn có thể cũng sẽ đọc dữ liệu, một số chức năng wear leveling và garbage collection IO được sử dụng làm phần của thử nghiệm. Với ghi liên tục, bạn ít có khả năng nhận được các chức năng IO bổ sung này. Những khác biệt này ảnh hưởng đến độ bền.

Biến thể SSD Doanh nghiệp

SSD Doanh nghiệp có nhiều loại khác nhau và bạn nên chú ý đặc điểm kỹ thuật của các ổ đĩa. Các nhà sản xuất SSD đôi khi cung cấp các tùy chọn chịu tải khác nhau với SSD doanh nghiệp. Chú ý đến các con số DWPD và / hoặc TBW cũng như thời gian bảo hành.

DWPD

Các nhà sản xuất cũng cung cấp các ổ đĩa SSD doanh nghiệp được thiết kế phù hợp hơn với việc đọc hoặc viết. Ví dụ, một ổ đĩa được thiết kế phù hợp hơn với việc đọc có thể xuất hiện trong các thông số kỹ thuật như một ổ đĩa có DWPD thấp so với các ổ đĩa khác, có thể là 1 DWPD và có dung lượng lớn. Các ổ đĩa dành cho việc ghi sẽ có DWPD cao hơn nhiều và có thể có dung lượng thấp hơn.

Để hiểu rõ hơn về sự khác biệt của các ổ đĩa, hãy xem một số ví dụ về các ổ đĩa. Gia đình ổ đĩa đầu tiên là các ổ đĩa Intel DC S3x10. Loạt ổ đĩa DC3710 được thiết kế cho tối đa 10 DWPD và tối đa 24,3 Petabyte được viết (TBW). Trong cùng một gia đình có loạt ổ đĩa DC3610 với DWPD là 3 và tối đa 10,7 Petabyte dữ liệu được viết (TBW). Ổ đĩa thứ ba trong gia đình là loạt ổ đĩa DC 3510 được liệt kê với DWPD là 0,3 và tối đa 880 TBW. Trong một gia đình ổ đĩa đơn lẻ, điều này minh họa phạm vi rộng của các thông số kỹ thuật cho các ổ đĩa khác nhau.

Một ví dụ khác

ổ đĩa SSD doanh nghiệp Toshiba PX02SS. Các ổ đĩa này có điểm số DWPD là 30. Họ cũng có một loạt ổ đĩa dành cho việc đọc được liệt kê với DWPD là 0,5 hoặc 1.

Ngoài các giao diện ổ đĩa khác nhau, hiện nay chúng ta còn có các ổ đĩa SSD doanh nghiệp với đặc tính về độ bền, hiệu suất và dung lượng khác nhau. Trong thế giới tối ưu hóa, điều này được coi là “tăng số chiều của không gian thiết kế” hoặc “tăng số bậc tự do”. Nói cách khác, bạn có nhiều lựa chọn hơn khi thiết kế hoặc kiến trúc một giải pháp lưu trữ.

Thiết kế lưu trữ với ổ đĩa SSD doanh nghiệp

Nếu bạn bắt đầu từ đầu, không gian thiết kế giải pháp lưu trữ có một số lượng lớn các tùy chọn. Có các tùy chọn mạng, tùy chọn ổ đĩa (ổ cứng hoặc ổ đĩa thể rắn), tùy chọn hiệu suất và dung lượng ổ đĩa, tùy chọn độ bền (ổ đĩa thể rắn), tùy chọn giao diện ổ đĩa, tùy chọn mảng, tùy chọn hệ thống tệp, và nhiều hơn nữa. Có các điểm quyết định trong ma trận các tùy chọn này, nhưng việc xử lý chúng đều nằm ngoài phạm vi của bài viết này. Đối với bài viết này, tôi muốn giới hạn các tùy chọn chỉ cho các ổ đĩa SSD doanh nghiệp bất kể giao diện. Điều này để lại cho chúng ta dung lượng và độ bền (DWPD và / hoặc TBW) là tính năng chính.

Hãy nhớ rằng có thể có sự khác biệt lớn trong các ổ đĩa SSD doanh nghiệp. Những sự khác biệt này là hàm số của DWPD, dung lượng và hiệu suất. Điều này cung cấp cho chúng ta sự linh hoạt lớn nhưng cũng có nghĩa là chúng ta sẽ cần phải đưa ra quyết định trong giai đoạn thiết kế.

Điểm quyết định đầu tiên

Liên quan đến việc liệu ứng dụng có tính chất tập trung vào việc ghi, tập trung vào việc đọc, sự kết hợp cả hai, WORM (ghi một lần, đọc nhiều lần), WORN (ghi một lần, không đọc lại) hoặc một số sự kết hợp của chúng. Với thông tin này, bạn có thể bắt đầu tập trung vào các ổ đĩa có DWPD lớn (TBW lớn) hoặc giá trị nhỏ hơn hoặc nằm ở giữa.

Điểm quyết định thứ hai

Liên quan đến nhu cầu tổng dung lượng lưu trữ. Tùy thuộc vào một số yếu tố khác nhau, điều này có thể thúc đẩy bạn chọn các dung lượng ổ đĩa cụ thể. Trong khi đó, điều này có thể cũng thúc đẩy cho việc chọn các cấp độ RAID khác nhau. Nhưng hãy cẩn thận – việc giới thiệu RAID có thể buộc bạn phải nghĩ lại về DWPD (TBW) để điều chỉnh với độ bảo toàn của RAID.

Điểm quyết định thứ ba

Điểm quyết định thứ ba (và thực tế thì đây là một phần của hai quyết định trước) là độ bất ổn của dữ liệu. Liệu ổ đĩa SSD doanh nghiệp có được sử dụng cho dữ liệu bất ổn như dữ liệu swap hay cho dữ liệu ít bất ổn như nhật ký hoặc đầu ra ứng dụng? Nếu chúng được sử dụng cho dữ liệu bất ổn, thì có lẽ các ổ đĩa SSD doanh nghiệp là quá mức và có thể sử dụng các ổ đĩa SSD tiêu chuẩn để tiết kiệm chi phí. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, ngay cả đối với dữ liệu bất ổn, bạn có thể muốn sử dụng ổ đĩa SSD doanh nghiệp vì tính quan trọng của việc có một thiết bị đáng tin cậy hơn.

Một quyết định liên quan đến điều này là liệu dữ liệu có được lưu trữ trùng lặp ở một nơi khác không. Nếu bạn có một bản sao của dữ liệu ở nơi khác, thì có lẽ giải pháp lưu trữ sẽ khác đi. Ví dụ, nếu dữ liệu được lưu trữ ở nơi khác, thì người dùng có thể truy cập dữ liệu từ kho lưu trữ đó, cho phép tập trung vào ổ đĩa ghi tập trung với giá trị DWPD (TBW) trung bình hoặc lớn. Hoặc thậm chí bạn có thể chuyển sang sử dụng ổ đĩa SSD tiêu chuẩn vì bạn đã có một bản sao của dữ liệu ở nơi khác. Điều này cũng cho phép bạn chọn các dung lượng ổ đĩa nhỏ hơn vì các ứng dụng chỉ viết vào lưu trữ và đọc diễn ra từ bộ lưu trữ khác.

Thiết kế Ổ đĩa SSD Doanh nghiệp: Ưu điểm và Nhược điểm

Ưu điểm

Rõ ràng rằng Ổ đĩa SSD doanh nghiệp tốt hơn nhiều so với ổ đĩa tiêu dùng cho các tải công việc của doanh nghiệp. Chúng có khả năng chịu tải tốt hơn, hiệu suất ổn định hơn, chất lượng dịch vụ ổn định hơn, bảo hành lâu hơn và bảo vệ dữ liệu tốt hơn so với ổ đĩa SSD tiêu dùng.

Các nhà sản xuất ổ đĩa đã tạo ra một loạt các ổ đĩa doanh nghiệp với các đặc tính khác nhau. Điều này mang lại cho chúng ta sự linh hoạt to lớn, đồng thời cũng gây ra một số nhược điểm. Điều này là một ưu điểm vì chúng ta có nhiều tự do hơn và có thể tùy chỉnh hệ thống lưu trữ theo nhu cầu của các ứng dụng.

Nhược điểm

Tuy nhiên, đó cũng là một nhược điểm vì việc thiết kế giải pháp lưu trữ sẽ đòi hỏi nhiều công sức hơn. Dù đó là một ưu điểm hay nhược điểm, có một điều rõ ràng đó là bạn sẽ cần phải biết rõ về các ứng dụng của mình để thiết kế giải pháp lưu trữ phù hợp. Kiến thức này bao gồm việc biết được sự quan trọng của IO (input/output) đối với các ứng dụng, các mẫu IO và số lượng dữ liệu được ghi và đọc trong khi hoạt động bình thường.

Nếu không biết bất kỳ thông tin nào về điều này, thiết kế lưu trữ với các ổ đĩa SSD doanh nghiệp hoặc bất kỳ thiết bị lưu trữ nào khác, sẽ trở thành việc lựa chọn ngẫu nhiên. Nếu bạn biết đến một mức độ nào đó về các mẫu IO của ứng dụng của mình, thì ổ đĩa SSD doanh nghiệp chắc chắn sẽ là một ưu điểm, cho phép bạn tùy chỉnh thiết kế lưu trữ cho các ứng dụng của mình.

Hiện tại máy chủ vina đang cung cấp các dòng ỗ đĩa SSD chuyên dụng dành cho doanh nghiệp chính hãng với giá cạnh tranh .