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存储界的战斗机 论全闪存阵列选择之道

[日期:2013-11-21] 来源:IT168  作者: [字体: ]

  说到闪存,可能很多人并不熟悉,其实闪存在我们生活中已经非常普遍,U盘、SD卡以及目前火爆市场的SSD(固态硬盘),其核心技术都是采用的闪存技术。作为数据传输领域的“极品飞车”,全闪存阵列更是今年IT业界的热门话题。全闪存阵列是完全由固态存储介质(通常是NAND闪存)构成的独立存储阵列或设备,这些系统是用于增强包含磁盘阵列的环境性能,或者用于取代传统的硬盘存储阵列。由于高性能等优势,其在高性能存储系统市场也愈发风生水起。

  除了传统存储巨头推出的新品之外,大量初创厂商也纷纷出手,试图在全闪存阵列领域分一杯羹,一时间好不热闹。面对种类繁多、打着“全闪存”旗号的产品,企业用户应该如何选择?到底什么样才算是真正的全闪存阵列?“未来最佳存储介质”的名号是否徒有虚名?让我们带着这些疑问,一起走进全闪存阵列的世界。

  一、全闪存阵列究竟为何物?

  在过去十年中,CPU的性能提升了8-10倍,DRAM速度提升7-9倍,网络速度提升100倍,Bus速度增长20倍,磁盘速度却仅仅增长了1.2倍——磁盘阵列已经成为IT系统中的短板。

  据统计,当前用户最关心的三个存储问题是:存储的速度、存储的经济性以及存储的规模。企业需要更为快速和高效的存储系统,提升指令处理速度,降低整个系统的IT成本,同时提供高可用性以保证业务持续运行。用户需要速度更快的存储产品,而厂商希望加快新产品上市的速度。“速度至上”成了闪存快速窜红的重要原因。在数据中心里,无论是越来越盛行的共享基础架构,还是专有基础架构,都需要借助闪存来提升系统的访问性能。

  凭借高端阵列级别的吞吐性能、内存级别的响应速度、企业级产品的可靠性和极高的效率,全闪存阵列吸引了诸多企业IT管理人员的眼球。全闪存阵列是指完全围绕闪存设计、由固态存储介质(通常是NAND闪存)构成,不含硬盘驱动器(HDD)的独立存储设备。它可用于增强磁盘阵列的环境性能,支持特定的高性能需求和功能,并克服对闪存存储独有的写/擦除周期的挑战。

  全闪存阵列中的控制器经过了特殊的优化,以获得SSD的高性能。传统的磁盘控制器通常可支持不到200的IOPS。而高性能的SAS HDD几乎可以达到这个数字的2倍,但与普通固态硬盘提供的8000 IOPS相比,仍然微不足道。无论是驱动器规格的SSD或是电路卡模块形式,全闪存控制器均可保持数据流向较快的存储介质。它们通常具有分布式的控制器架构,有些也具有降低网络协议处理对性能影响的板载(on board)功能。

  同时,全闪存阵列的控制器还可处理耐久性问题。与磁盘驱动器不同,NAND闪存无法在位级别进行覆盖写入。NAND型闪存是以块为单位进行擦除操作。闪存的写入操作必须在空白区域进行,如果目标区域已经有数据,必须先擦除后写入,因此擦除操作是闪存的基本操作。所有这些额外的系统开销步骤自然会消耗存储控制器的CPU周期,不过全闪存阵列拥有专门硬件,用以处理系统开销,因此性能不会受其影响。与基于软件的闪存控制器相比,它们运行这些NAND闪存操作(减少写入放大、提高损耗均衡)的工作更有效率。该功能也使低成本的多层单元(MLC)和企业级MLC(eMLC)NAND闪存芯片的使用成为可能,有助于降低全闪存阵列中每GB的实际成本。

  二、全闪存四大问题面面观

  50多年来,磁盘驱动器一直是数据的主要存储途径,但如今其地位正在受到挑战。随着云计算和大数据时代的到来,企业对存储性能的需求出现了新的变化,先天具有速度优势的闪存产品顺理成章地成为当前热门的存储解决方案,新兴的全闪存阵列自然也开始逐步渗透高性能存储系统市场。不过,全闪存阵列现在的发展还远没有磁盘阵列那样成熟,下面小编就将从以下四点来谈谈全闪存阵列在未来发展过程中所遇到的主要问题。

  价格=绊脚石?

  在经济不佳的大环境下,用户和IT部门最关心的就是如何让IT系统“少花钱多办事”。面对不断增长的存储需求,全闪存阵列以其极高的IOPS、相较磁盘更小的体积和超低的能耗吸引了众人的眼球,但其居高不下的价格却让人望而却步。

  按照每GB的价格计算,全闪存阵列确实价格不菲,不过如果从每IOPS的价格来计算,全闪存阵列还是相当物有所值。传统的机械硬盘通常在200 IOPS左右,而顶级全闪存阵列可以提供500,000到1,000,000 IOPS,即使是“二流”全闪存阵列,也能够提供100,000到200,000 IOPS。这对于传统的磁盘阵列来说,是遥不可及的数字。因此当用户考虑使用全闪存阵列时,用户都希望以最小的投资获得最高的IOPS或存储性能。

  在能耗和节能减排方面,闪存的表现也是一个伟大的进步。随着产业从较小、基于企业的基础设施向超大规模云计算设施的迁移,大量闪存的部署最终也可能带来比硬盘更低的价格。

  虽然从目前来看,价格依然是全闪存阵列发展的瓶颈之一,但闪存领域初创厂商的相继出现,也在逐渐拉低SSD的市场价格,使得全闪存阵列的应用成为现实。而一些存储巨头对闪存厂商的收购也使得闪存更深入的进入企业级市场。

  2011年,已有一部分全闪存系统凭借与传统磁盘不相上下的价格杀入市场。这些全闪存平台多来自于一些初创厂商,如Kaminario、Nimbus Data、Pure Storage、SolidFire、Skyera、Tegile Systems、Violin Memory和Whiptail Technologies。一些大厂商也紧随其后进入了这个市场,去年五月份EMC收购了XtremIO,并在今年年中推出全闪存XtremIO系统。

  早在前几年,顶级厂商的全闪存阵列价格均在每GB 16到20美元之间。中级阵列的价格也在每GB 3到8美元左右。而现在企业级闪存的价格已低于每GB 2美元。全闪存存储厂商一直在致力于降低阵列的成本,同时保证整体阵列的设计更加高效。

  降低全闪存成本的另一方法便是采用MLC而不是更加昂贵的SLC。SLC耐性和可靠性更强,可以支持10万次的擦写。MLC大约支持1万次的擦写,但厂商通过使用软件和更好的写入技术提升了MLC的性能和可靠性。数据减除技术也可以通过有效的提升存储空间实现价格的降低。

  随着技术的发展和闪存价格的降低,MLC的应用将更加广泛,而全闪存阵列为企业带来的利益价值与部署成本比也在进一步拉近,企业级闪存已不再遥不可及。

  全闪存阵列与已支持SSD的混合阵列有何不同?

  混合阵列意指磁盘与固态存储的混合,通常是支持全闪存配置,或者带有自动分层存储技术的传统阵列。

  那么是不是传统的存储阵列在支持SSD之后,就可以称之为全闪存阵列?显然不是。在以往的“闪存+硬盘”的混合阵列设计中,基本上都是在硬盘阵列的基础上加入了些许闪存元素。磁盘阵列的根本依然是基于硬盘的,硬盘的特点就是存在寻道的延迟,所以非常不擅长处理随机I/O,因为过多的seek影响性能。因此,对于基于硬盘的阵列,设计者一开始的想法就是尽可能的让阵列处理连续I/O。而SSD的优势就是延迟低,另一方面SSD的存储单元在经过数千次擦写之后就会磨损不能再使用,所以从存储介质的层面来看,全闪存阵列的设计应该尽量避免对SSD进行多次擦写以保证寿命,而不是想尽办法让阵列处理连续I/O请求。

  单纯用SSD替换磁盘是不能发挥闪存的性能的,这就好比一辆汽车不能单纯的加上飞机的引擎来提高时速一样。

  从控制的角度看,传统的磁盘阵列性能瓶颈在磁盘,保证磁盘不过载的前提下,磁盘不足以榨干CPU的性能,但是将传统的磁盘阵列的硬盘替换为SSD之后,SSD的IOPS性能非常高,不等SSD性能充分发挥,CPU就会崩溃了。

  简单来说,为了适应SSD的优势、延长SSD寿命,不论是硬件还是软件架构,全闪存阵列都需要重新设计。另一方面性能只是全闪存阵列需要重新设计的一个重要的因素却非全部,全闪存阵列还需要考虑快照、克隆、精简配置和重复数据删除等功能的实现,虽然这些功能在传统磁盘阵列中应用非常成熟,但是都是基于底层磁盘管理引擎所构建的,采用同样的规则和限制,并不适用于全闪存的架构。

  寿命问题或将成为浮云

  对于企业用户来说,全闪存阵列的寿命问题一直是困扰其选择的重要问题,很多企业对SSD的使用寿命表示担忧,认为目前的闪存读取次数制约了其在企业级用户方面的应用。

  众所周知,在闪存单元格中写入和删除数据会降低单元格的绝缘性,长期磨损就对寿命产生了影响。就像铅笔和橡皮在纸上(闪存)写字一样,需要经常的写入和擦除,纸就会越来越旧,知道最后无法使用。

  目前我们尚无法改变闪存单元格的物理特性,很多厂商通过减少写入/格式化的次数,来提升闪存的寿命。

  不过,虽然闪存的寿命的确没有机器硬盘的寿命长,但也并没有人们想象的那么夸张,随着闪存技术的不断完善,NAND的寿命将会逐步被解决,而且即使在现在,一些专门设计的闪存写入寿命可以达到100万甚至500万,整体寿命在20万年以上。

  “未来最佳存储介质”的名号是否徒有虚名?

  据IDC预测,存储的数据量每年增长将超过50%,并且在未来几年中每年对存储系统的需求只会增加,不会减少。老化的旧系统不再适合进一步升级,企业如何面对大数据的管理挑战?

  被众人寄予厚望的全闪存阵列如今也在设计以适应所有公司的需求,无论规模和行业。据了解,目前已经有一些需要高性能、低延迟的企业开始部署全闪存。金融机构(如银行和对冲基金),社交网络,政府机构和全球电信服务供应商对其的需求难以忽视。

  除了突出的性能表现,全闪存阵列还拥有能源方面的优势。因为取消了机械机构,使得能源消耗急剧下降,这对一些密集应用中累加效应明显,可能大规模部署传统的阵列会出现电力负载问题,而采用全闪存的就可能没有问题,此外这还带来了散热方面的优势,主要也是因为减少了机械机构等大量产生摩擦热的部分,这又间接的使得降温设施、设备的投入与降温运行费大大减低,如果中和考虑这些因素,则其性价比还可以大大提高,与采用传统硬盘的阵列的性价比差距也会进一步缩小(两种都还考虑电力、降温等设备投入与运维费用后)。

  通过利用全闪存阵列,企业可以降低电力消耗,同时优化数据中心的电源和冷却系统,实际存储阵列所需空间也将减少,能够进一步地降低其运营成本。

  此外,如今全闪存阵列的设计性与易用性更强,这意味着系统可以快速启动和运行,由于提高了简易性,它可以快速配置,从而为企业节省了宝贵的时间和资源。

  在ChinaUnix论坛日前举办的一次有关全闪存的话题讨论中,ID为“chszs”的网友便对全闪存阵列的未来信心满满。他认为,全闪存阵列不仅意味着有更高的IOPS,尤其是在大量随机读写小文件的系统中,有着磁盘无法达到的读写性能。它也意味着全新的读写规则,原先以磁盘为中心的软件设计,已经不能满足全闪存阵列的需要。比如垃圾回收,因为位置上的更新对于闪存来说没有意义。又比如为了令备份速度加快,每到一定时候,数据库一定要做Review,目的是将分散的数据重新排列。但是,对闪存而言,做Review操作已经没有意义,因为把数据重新排列并不会增加备份速度。

  对于存储厂商来说,全闪存阵列则意味着高性能、可靠性和稳定性的挑战。同时,全闪存阵列未来也将在数据分析、数字成像、VDI、数据库应用、金融交易系统以及在线游戏等领域在存储性能方面会有所突破。

  从理论角度分析,全闪存阵列未来还会有很大的提升空间,这主要是由于闪存技术的发展有着更广阔的的提升余地,比如单位存储密度,进一步小型化等等,这对具体的应用都或多或少有良性的影响。

  全闪存阵列目前在大型企业中已经逐步使用,随着技术的完善和价格的降低,全闪存阵列的未来,大有可期。

  三、全闪存阵列主流产品推荐

  全闪存阵列可谓是2013年存储界最炙手可热的话题之一,除了传统存储巨头推出的全闪存产品以外,大量新兴厂商也纷纷出手,涉足该领域。不同厂商的全闪存阵列在功能上的侧重点有哪些不同?您所在的企业属于哪家的目标用户群?下面请大家跟随小编,一起来盘点下目前市场上具有代表性的几款全闪存阵列产品。

  NetApp EF540:技术融合的高性能结晶

  闪存技术的出现改变了业务速度,使得一切都焕然一新。如果说Data ONTAP是NetApp赖以成名的看家“法宝”,那么闪存则是NetApp面向未来存储挑战的另一大“法宝”,那就是NetApp于今年2月发布的EF540全闪存阵列。

  ▲NetApp EF540

  与其他厂商不同的是,除了全闪存阵列EF540之外,NetApp将其他的闪存产品都纳入到FAS系列产品线中,而EF540则是另一条产品线。原因在于,其他闪存产品大多都是以缓存形式存在,而EF540则用作主存储系统。

  众所周知,闪存最突出的优势还是其高性能,这也是NetApp EF540全闪存阵列最大的卖点。NetApp将EF540定位于“专为要求亚毫秒级延迟的性能驱动型应用程序而设计”,为苛刻的应用环境提供满足其所需的性能。NetApp收购LSI Engenio之后推出了E系列存储产品线,其用户群就是那些对性能有极高要求的行业用户。NetApp EF540继承了E系列的特色,仍然在性能上做文章。

  据NetApp的资料显示,EF540采用2U工业标准设计,单个机柜最多可容纳24个800G的SSD,提供19.2TB的原始容量。在这个不起眼的小柜子里面,EF540能够提供300,000 次的 IOPS,相当于1000个15000PRM的高性能SAS磁盘,亚毫秒级延迟,每秒的吞吐量可达6GB,颇有“机”不可貌相的意味。

  由于不同于FAS系列的另一条产品线,EF540采用的并不是Data ONTAP系统,而是NetApp另行开发的SANtricity存储管理软件。严格意义上说,FAS系列属于NetApp成名已久的统一存储系统,而EF540则是专为SAN存储而设计。它不仅具有极高的性能,而且拥有企业级应用所需的高可用性、可靠性和可管理性。NetApp EF540基于高可用的容错结构,可提供 30万次IOPS和亚毫秒级的数据访问速度,专为需要极高性能的应用而优化。

  EF 540的经济性是NetApp的另一个宣传重点。尽管现在绝大多人对于SSD的印象还是每GB成本较为昂贵,但是据NetApp方面介绍,EF 540单个2U机柜就可提供媲美于1000个高性能SAS磁盘的IOPS,这是直接的成本节省;除此之外,EF 540将空间占用、电耗和散热需求削减多达 95%,从而降低数据中心成本,而这些都是隐形的成本节省。它有效避免了存储过度配置的情况,减少了存储空间的使用量、耗电量,从而大幅降低了成本。

  作为NetApp新一代存储阵列的主打产品,EF540有着NetApp诸多的技术结晶。例如图形化操作界面可简化管理,可调节特性可满足任何苛刻的应用需求;完全冗余 I/O 路径与自动化故障转移、在线配置、扩展和维护,以及高级监控和诊断功能,支持及时解决问题和主动修复能够为保证数据始终可用。

  由此,NetApp结合之前的传统存储形成了闪存产品组合,一是服务器端FLASH:服务器安装一个闪存卡或SSD硬盘加速服务器应用程序,如Flash Accel。二是纯闪存阵列:为服务器永久加速EF540全闪阵列;三是混合阵列:包括闪存卡,Flash Cache在闪存级,如Flash Pool:在磁盘级,针对特定硬盘区域,针对聚合硬盘加速,必须是SATA聚合或SAS聚合硬盘,要求必须单一硬盘类型。四是传统存储:FAS/FAS V,以及E系列。

  据悉,迄今为止NetApp已经在市场上售出并部署了超过36PB字节的闪存产品,新推出的EF540无疑将进一步提升这一领先地位。

  官网地址:http://www.netapp.com/cn/products/storage-systems/flash-ef540

  EMC XtremIO:软件化定义的标准化硬件

  作为最早将闪存加入到存储阵列中的厂商,EMC对于闪存市场的重视程度不言而喻。

  在今年3月,EMC向精选客户交付了全闪存阵列XtremIO。XtremIO是专为利用闪存而开发的,其彻底实现的性能达到了全新水平,易于管理,提供先进的数据服务。其实,早在推出全新闪存之前,EMC已经步步为营,推出了混合阵列、全局分层技术、服务器的PCI-E闪存卡等一些列产品与技术。此番的产品,更加进一步完善了EMC在闪存市场上的布局。

  XtremIO不同于之前VNX,前者定位在存储高端,是目前为止,EMC最高性能的闪存阵列。属于EMC的全闪存阵列产品线,它在性能、延迟和效率方面表现更高,适合于需要更多数据服务(如在线重复数据删除等)的用户,针对如VDI等特定的应用场景。因此,在价格方面,相对传统阵列要昂贵一些。

  XtremIO到底有哪些过人之处呢?我们一一为大家梳理呈现。

  软件化定义的标准化硬件

  如何理解“软件化定义的标准化硬件”这一概念呢?软件历来被视为闪存存储的灵魂。早在2011年,

  EMC开始在VNX上使用SSD固态硬盘,而真正意义上的软件,是在新推出的MCx软件利用英特尔Sandy Bridge多核处理技术之后。

  其实,XtremIO全闪存阵列的技术来源于EMC在2012年收购的以色列公司XtremIO。XtremIO基于EMC软件定义存储的理念,所有硬件全部采用了标准化硬件,通过软件内置的算法与应用实现优化的性能与强大的功能。

  在闪存应用方面,性能极其重要。上图即为XtremIO系统IO测试数据,通过软件优化,EMC基于商品化硬件达到了极高的性能体现。

  线性横向扩展体系结构

  传统的磁盘阵列基于磁盘的读写特性而设计,而闪存从存储原理上完全与磁盘不同。在打造XtremIO系统之初,就是基于最高效的利用闪存这个角度,最高效的利用闪存提供最好的数据服务、提供最好的性能、提供横向扩展等等这些角度来提供一个完全不一样的闪存阵列。

  XtremIO全闪存阵列提供了永久的存储器、线性可扩展性,它能在不到1毫秒的延迟、重复数据删除和“零规划/调整”模型。

  其横向扩展架构可为需要高随机I/O性能的应用提供更高的“功能性IOPS”,例如OLTP数据库、服务器虚拟化、VDI(虚拟桌面基础架构)等应用。功能性IOPS是在目前要求最为苛刻的生产环境中的真实运行条件下测得的,测量时所有数据服务都启动运行,同时存储系统几乎达到满容量。

  在这些真实条件下,XtremIO系统的每个“X-Brick(用于XtremIO阵列的横向扩展基本构件)”的性能超过了150K功能性、4K混合性读/写IOPS以及250K功能性、4K读IOPS,而当横向扩展至由8个X-Brick组成的集群时,整个系统的性能超过120万功能性、4K混合性读/写IOPS,200万功能性、4K读IOPS。XtremIO阵列以一致的亚毫秒级响应时间提供这样的高性能,同时运行业界最丰富的一套整合的、闪存优化的数据服务,其中包括特定于闪存的数据保护、精简配置、全局线内数据消重、通过VAAI加速的VMware配置以及可写快照。

  支持“始终可用”数据服务

  目前,XtremIO基本支持业界磁盘阵列的标准软件配置,包括线内数据消重、精简配置、可读写快照等,并采用了不同于传统RAID的N+2冗余保护模式。并且XtremIO在提供对应用的IO的时候,无论是数据服务、快照、镜像、数据复制等,都是始终可用的。

  利用以上特性,XtremIO适合的应用程序包含,需要获得高度一致的性能,但仍具有对基于服务器的闪存过大或对缓存和分层算法不佳的随机I/O。这包含VDI、虚拟服务器和数据库测试与开发工作。

  强大的XtremIO系统架构

  可自由提供的随机存取存进入到媒介中,所有的EMC闪存存储阵列XtremIO重新定义了可能在复杂的应用环境。快速、简单、高效和划算,XtremIO阵列可改变未来的企业数据中心。

  1) 可度量的高可用性:XtremIO扩展架构所展现性能和容量,是在线性逐步并基于单点管理上体现。

  2) 固有的平衡:XtremIO独特的内部结构固有的平衡数据在所有控制器和全固态硬盘(SSD),自动提

  供最高性能,而不需要任何设置或调整步骤。

  3) 真正的内联数据还原:XtremIO自动和全局Deduplicates数据进入系统,可即时性的,在没有任何后台进程,添加读写操作,或性能退化。

  4)高可用性:没有硬件组件或软件模块是一个单点故障,这个系统可迅速地从故障中升级并恢复。

  5)自动精简配置:XtremIO具有与生俱来的自动精简配置,使用小小的4 kb内部模块块大小。

  6)XtremIO数据保护:XtremIO的“自修复”功能,使得双方数据保护要求只有百分之十八容量,优于传统的独立磁盘冗余阵列,不需要专用的备用驱动器,都源于独特的4 kb的模块存储。

  7)VMware VAAI集成:XtremIO完全适用与VMware vStorage应用程序接口为阵列集成(VAAI)兼容,能够直接通讯互通,并提供加速VMware vSphere VMware vMotion存储虚拟机(VM)配置,并自动精简配置。

  简单的管理和操作

  XtremIO强大的操作系统,XIOS管理XtremIO存储集群。XIOS确保系统保持着平衡,总是提供最高水平的性能,而无需任何管理员干预。

  在XtremIO系统管理中,配置只需点击几下鼠标。XtremIO帮助管理员更有效率的配置存储仅在几秒钟内完成,监测环境的实时度量和报告在节省下自动精简配置和重复数据删除。

  通过采用XtremIO,企业用户可立竿见影地节省了存储成本,而且由于XtremIO几乎完全消除了I/O等待时间,所以通过降低Oracle 处理器内核许可要求,用户还将能再节省一笔数额不小的费用。不过,也许最好的是XtremIO系统的简单性。该系统仅用几个小时就能安装完毕、投入运行,而且非常易于配置和管理。

  官网地址:http://china.emc.com/storage/xtremio/index.htm#!

  IBM Flash System:与企业应用相匹配

  2013年上半年,存储厂商对于闪存技术都给予了高度的关注。2月下旬,NetApp发布了其首款全闪存阵列EF540,不到两周之后,EMC发布了新的Xtrem闪存产品家族,包括已开始向精选客户交付XtremIO全闪存阵列。两大独立存储厂商先后推出全闪存阵列,让闪存大战持续升温。IBM也紧随其后推出了FlashSystem,进一步将全闪存热度推向了新的高度。

  TMS成果初现

  过去五年,IBM存储产品线历经了脱胎换骨的变化。IBM在存储研发方面进行了大规模的投入,并收购了一系列存储领域具备独特知识产权的初创公司,整合其产品技术对自身产品线进行完善。去年IBM在存储领域的重要收购则当属Texas Memory Systems(TMS)公司,基于TMS在闪存领域的独特知识产权,IBM FlashSystem全闪存阵列正式问世。

  FlashSystem三大优势:高性能、稳定性以及简易性

  目前该系列产品包括四款产品,型号为IBM FlashSystem 710、FlashSystem 810、 FlashSystem 720、 FlashSystem 820。FlashSystem产品都采1U机架式机箱,内置Flash闪存芯片采用eMLC或SLC技术,最高端FlashSystem 820的可用储存容量高达24.7TB,搭配42U高度的机柜,最高可扩充至超过1000TB储存容量。

  ▲IBM Flashsystem系统外观

  全闪存阵列在应用中最大的问题在于,如何把闪存的基本存储原理与企业应用匹配,让企业感受到闪存无以伦比的性能和承载能力。不过在这方面,IBM已宣布投入10亿美元研发资金,用于设计和创建新的闪存解决方案,并将其集成到日益增多的服务器、存储系统和中间件中。

  IBM FlashSystem全闪存阵列包括高性能、稳定性以及简易性三大竞争优势。

  ▲IBM Flashsystem系统示意拓扑

  高性能:FlashSystem是与服务器直连的闪存阵列,能够通过最少的资源消耗提供极致性能,可以降低85%批处理作业时间和90%OLTP处理时间,仅需要25-100微秒的I/O时延。另外,FlashSystem能够提供高端阵列的吞吐能力,实现对数据库十几倍性能的提升。

  FlashSystem不同于在传统磁盘存储架构下添加固态盘的模式,整体从底层硬件上就针对SSD进行优化,缩短从CPU到SSD的读取路径,大大提升存储性能

  稳定性:IBM FlashSystem采用SLC闪存或eMLC,与同类产品相比具有更长寿命;采用2DRAID保护和4级自我保护,具备极高的可靠性。同时,FlashSystem能够通过与SVC集成提供高可用性。全冗余设计能够保证业务连续性,非常适用于“数据经济”中的关键业务场景。

  超凡简易:IBM FlashSystem在1U空间内能够提供24TB存储容量,50万IOPS只需300W功耗,一天之内即可完成安装配置,运维成本极低。

  此外,在经济性方面,相对于传统磁盘,IBM FlashSystem能够帮助企业降低30%的整体成本,包括38%的软件支出和35%的运营支出,同时提升50%存储利用率并减少17%服务器。凭借IBM FlashSystem,企业可以在一个地板格上存放1 Petabyte 数据,通过压缩功能还能提升高达100%,极大程度地减少占地面积。目前,IBM FlashSystem已经广泛应用在OLTP、OLAP、虚拟化、高性能计算和云计算等领域。

  ▲Flashsystem内存插槽示意图

  三大重点目标客户

  IBM FlashSystem有三类重点目标客户。第一,数据库的客户,尤其是Oracle数据库,因为Oracle的客户使用Database/数据仓库、大数据方面很可能会遇到性能方面的挑战。第二是SAP,即ERP、CRM等应用,这些应用同样要求很高的性能。第三是与IBM其他产品线整合,例如FlashSystem与SVC相整合。SVC可实现存储虚拟化,与FlashSystem可搭配成为分层存储解决方案。鉴于小企业大多不需要如此快的速度,FlashSystem主要还是针对中高端存储市场。

  未来路线:改进工艺制程 追求更高密度

  谈到FlashSystem的未来路线图,IBM副总裁、IBM系统与科技部企业级存储产品线总经理周谂畲透露, IBM的闪存技术追求更高的密度,目前FlashSystem 820做到了1U 24TB容量,未来,FlashSystem的IO密度和容量都会持续提升。而更进一步的计划不仅仅包括核心技术的投资,甚至包括工艺制程方面的改进,现在的闪存技术基于20纳米,以后会有19纳米、15纳米的工艺制程。

  官网地址:http://www-03.ibm.com/systems/cn/storage/flash/index.shtml

  华为18800F:融合型固态高端存储

  华为存储产品涵盖了磁盘阵列、闪存阵列、存储软件、以及集群NAS等多个产品线。可以说,这在国产存储厂商中做的是最全厂家。其中,OceanStor存储是华为存储的高端旗舰产品系列,是华为继HVS、N8000和N9000等产品之后推出的又一高端存储产品采用全闪存配置。与现有的存储系统来说,最本质上的不同,就是融合型固态高端存储,在高端存储领域首先应用全闪存技术。

  18800F如何定位?

  可以看到,在产品的命名上,该型号后缀加“F”。这在凸显是全闪存的一个解决方案,而非简单的一款高端存储。这一方面,充分表明了华为,力图通过高端存储来表现自己在存储上的实力;另一方面,我们可以细数华为在存储阵营中的产品线,闪存阵列有产品线Dorado,下面有2100 G2和5100两款产品。

  准确的说,固态高端存储系统OceanStor 18800F,实现了闪存与高端存储的深度融合。这与华为的一开始的战略思想相吻合。未来,华为的全线存储产品都将向闪存上发展,而不仅仅通过Dorado来实现。

  用华为IT存储产品市场总监给出的公式来看:OceanStor18800F=SSD技术+Dorado积累+HVS88T架构+全局均衡算法。这最好的诠释了,OceanStor18800F基于全闪存设计,而不是传统的磁盘存储架构。

  革命性的闪存变革

  采用革命性的RAID2.0+ For Flash技术,实现固态存储与高端存储的深度融合的产品——OceanStor 18800F。具有三大优势:百万级IOPS、微秒级稳定时延,以及“0”硬盘失效三个方面。同时还具备出色的抗震、抗腐蚀等性能,降低部署门槛等特点。

  仅就18800F的三大特点而言。业内,对于全闪存阵列来说,并非易事。对于普通的磁盘阵列,18800F实现的百万IOPS具有相当大的优势。至于微秒级稳定时延以及“0”硬盘失效,也是综合了全闪存阵列和华为高端存储两方面的长处得以实现。相对于SATA HDD SAN阵列与SAS HDD SAN阵列比较其硬件失效率大大提升接近0硬盘失效。十倍响应速度的微秒级稳定时延,随着IOPS的增加,OceanStor 18800F的时延变换不大,响应速度稳定,这点在其他厂商的磁盘阵列中是难以做到的。

  技术决定性能

  OceanStor18800F高端存储专为支持企业客户的关键业务而打造,致力于为企业级数据中心提供安全可信、弹性高效的核心存储解决方案。创新的Smart Matrix智能矩阵式系统架构、全虚拟化智能卷、Smart系列资源管理软件、Hyper系列数据保护软件及Ultra系列软件提供了前所未有的性能、可用性、功能和成本优势。

  1. Smart Matrix智能矩阵架构

  企业级存储专享的系统架构,通过控制器横向扩展系统资源,从而超越现有体系架构的物理约束,带来强劲的系统扩展力与可用性。PCIe全交换,端到端可靠- Smart Matrix Architecture基于PCIe 2.0网络,所有OceanStor高端存储控制器通过PCIe 2.0网络全交换互连,带宽高达192GB/s。每个控制器整合了前端、缓存和后端功能。

  2. 全虚拟化智能卷

  通过将磁盘切分成MB级别的块大小(Chunk),使得LUN数据均匀地分布到更多的磁盘上,为Smart系列功能提供基础,并且当出现硬盘故障时,剩余硬盘均参与重构读写,重构时间缩短,也降低了重构时第二块盘损坏机率,提升系统可靠性。

  3. Hyper系列数据保护软件

  在不中断业务的情况下,快速捕捉在线数据,组成源数据的副本,避免出现因病毒、误操作等造成的数据丢失,可用于备份、开发测试、数据挖掘、数据恢复等。瞬间生成快照,对于任何容量的源卷,都能在几秒内生成快照;精简数据快照仅保存变化数据,节省存储空间;

  强大的扩展能力

  基于Smart Matrix智能矩阵架构和XVE全虚拟化专用操作系统的18800F,最大扩展至16个控制器、2304块硬盘、7,168TB容量,192GB系统带宽、3TB Cache。192个主机接口(FC/FCoE/iSCSI),支持企业级SSD,SAS和NL-SAS硬盘,最大支持65,536台服务器共同使用。

  分布式的多控制器存储系统,能够无中断地从2个控制器扩展到16个。控制器分布在每一个系统柜中,OceanStor高端存储可部署8个系统柜和2个扩展存储柜。每个系统柜可支持最多192个3.5寸硬盘或408个2.5寸硬盘;每个扩展存储柜可支持最多192个3.5英寸驱动器。

  主要目标客户

  OceanStor 18800F高端存储系统是新一代数据中心的最佳存储平台,具备可信、高效、弹性的产品特点,适用于关键业务存储,能满足金融、政府、能源、制造、交通、教育、电信等各行业对核心业务的需求。

  官网地址:http://enterprise.huawei.com/cn/products/itapp/storage/san-product/hw-194302.htm

  戴尔Compellent:兼顾性能与成本的全闪存新秀

  根据市场调查机构Storage Strategies NOW的报告,戴尔领先EMC、惠普、IBM、NetApp及其它厂商六个百分点以上,成为IT领导厂商中的首选,并被评为部署闪存/SDD技术的领导厂商。ITIC/Storage Strategies NOW对550多家全球IT主管所做的调查结果还显示,32%的受访者目前正在使用或有明确计划要部署闪存/SSD技术。

  许多老牌存储厂商正在利用传统阵列来开发全闪存阵列,戴尔也是其中之一。近日,戴尔终于在国内正式发布了Compellent全闪存阵列。

  戴尔Compellent闪存优化解决方案是业界首款能够在多种闪存技术上进行智能数据分层,或与传统驱动器结合使用的同类产品。相比市场上已有的全闪存阵列,戴尔Compellent全闪存阵列创新之处在于支持SLC/MLC之间进行自动分层。我们知道,SLC SSD(固态盘)优点在于速度高且支持频繁写,但价格高容量也小,而MLC SSD大价格相对便宜,但写次数有限IOPS性能也相对差些。在这两类固态硬盘之间进行自动分层,即用户可将他们最活跃的数据通过SLC SSD实现高访问率,而其余不经常访问的数据放在MLC上,从而兼顾性能与成本。

  根据戴尔提供的数据,Compellent全闪存阵列性能最高达到30万IOPS,如果是在SLC SSD与MLC SSD以7:3的混合比例下,则能实现10万IOPS,但成本可降低75%。Compellent全闪存解决方案的成本还不到15K磁盘驱动器解决方案的一半,这得益于带有高精确智能的增强型自动化分层功能,该功能可自动分层数据并优化性能。

  凭借Dell Compellent Storage Center 6.4的先进功能,戴尔闪存优化解决方案首次将数据写入高性能、大容量闪存(SLC)驱动器。随着数据渐冷,该产品将自动迁移到成本更低、容量更高的闪存(MLC)驱动器的第二层,并最终迁移到低成本、大容量的硬盘。这种分层方法,再加上具有传统磁盘存储的不同级别的闪存,能够提供比全闪存阵列低80%的成本,而传统磁盘存储则无法以相似的方式优化成本或性能。值得一提的是,还在保修期内的Compellent客户可免费获取Dell Compellent Storage Center 6.4。

  官网地址:

  http://www.dell.com/learn/cn/zh/cnlca1/campaigns/compellent-storage-center?c=cn&l=zh&s=biz

  以上盘点的三大品牌全闪存阵列横评见下图,具体数据请点击大图(注:由于戴尔Compellent和EMC XtremIO全闪存阵列为近期新品,具体的参数配置还未完全对外公布,故暂未收入横评部分)

  综合上表和单品解析可以看出,各存储厂商提供的全闪存阵列在功能、容量、操作系统和市场定位上大相径庭。因此,用户在购买时除了挑选基本配置,还需斟酌企业的实际需求和性价比问题,以选择与其最相匹配的产品。

  举例来说,对低延迟和性价比要求较高的大型企业用户可以考虑选择NetApp EF540,,主打经济性的EF 540单个2U机柜就可提供媲美于1000个高性能SAS磁盘的IOPS,这是直接的成本节省;除此之外,EF 540将空间占用、电耗和散热需求削减多达 95%,从而降低数据中心成本,而这些都是隐形的成本节省。

  而IBM的FlashSystem则更适合采用数据库,尤其是Oracle数据库的客户。其在使用Database/数据仓库、大数据方面会遇到性能方面的挑战,而拥有高性能、稳定性以及简易性三大优势的FlashSystem可以很好的满足这类用户的需要。在提升企业级应用程序(包括虚拟桌面基础架构、科学计算应用程序以及云级基础架构等)性能上,FlashSystem有着出众的表现。此外,已购买IBM其他产品线的老用户相对也更适宜部署FlashSystem,FlashSystem可与IBM其他产品线相整合,如SVC。SVC与FlashSystem可搭配成为分层存储解决方案,同时实现存储虚拟化。

  对于处理关键业务较多的企业来说,华为OceanStor 18800F高端存储系统是其存储平台的理想之选。OceanStor 18800F具有高效、弹性的产品特点,能满足金融、政府、能源等各行业对核心业务的需求。

  四、大家观点:必然潮流or“土豪”专属

  作为拥有革命性新技术的闪存设备,全闪存阵列的发展前景获得了主流存储厂商的一致看好,存储巨头们纷纷表示全闪存阵列将成为未来固态存储应用的新宠儿。

  在戴尔副总裁兼存储总经理Alan Atkinson看来,全闪存阵列是一款改变游戏规则的产品:“各企业机构通过采用性能密集型应用程序进行大数据分析和交易便能更高效运行业务,并能及时做出明智决策,从而改进客户服务。与此同时,这也意味着成本将不断攀升。以磁盘的经济效益所提供的全闪存解决方案,通过将闪存集成到一个功能完备的存储阵列,并使用企业存储功能,如:分层、复制和管理,来支持高性能数据需求,同时将成本效益提升至全新的水平。对于客户和整个行业来说,这是一个改变游戏规则的方法。”

  EMC公司新技术产品部总裁CJ Desai也表达了类似的观点: “闪存一直是主要的颠覆性力量,也为存储市场带来了令人难以置信的机会。在物理和虚拟环境中新一代数据中心工作负载的推动下,人们对性能提高产生了永无止境需求。凭借全闪存阵列,EMC将为用户提供 ‘更多’——更加一致和更加可预测的性能、更高的可扩展性、更高的集成度以及更多的数据服务。数据中心全闪存化将是业界的趋势。”

  ▲NetApp产品运营组副总裁Manish Goel

  NetApp产品运营组副总裁Manish Goel表示,闪存的出现改变了业务速度,使得一切都焕然一新。不过,企业对整体规模、效率和可靠性的追求却始终如一。全闪存阵列能提供最为完善的解决方案,使客户不必做出妥协。

  ▲IBM院士兼存储首席技术官许育诚

  谈到全闪存阵列的优势,IBM院士兼存储首席技术官许育诚认为,除了突出的性能表现,全闪存阵列的优势还体现在软件优化上。传统的业务软件编程的逻辑完全依照以前的磁盘存储原理,因此应用闪存最重要的在于优化软件,使闪存的存储优势在业务实践中充分展现。以大数据的分析为例,很多时候我们是将数据保存在线下,但今天,用户对实时数据处理的要求越来越多,所以未来的方向是将数据全面保存在闪存上,并基于闪存进行实时数据分析与处理。

  而在全闪存的应用方面,NetApp技术专家王宇光则认为,全闪存阵列更加适合对性能要求较高的应用。不过,未来闪存的关注点将不是介质本身,而是介质与介质之间的联系。

  传统存储由于架构问题,在向大数据的演进过程中,已经越来越无法满足通过IT创造价值的需求。与此同时,用户在存储采购和应用过程中,对于闪存的关注度也在明显上升。

  据IT168存储频道10月份进行的企业全闪存阵列部署需求状况调研数据显示,由于传统存储无法满足业务关键型应用中所需的OLAP和OLTP的性能需求,考虑采用固态存储技术的用户数量已经过半,用户对固态技术的认可和采购需求有了比较大的进步。除了已部署固态技术的9.52%用户,27%以上的用户考虑将在未来12个月内部署固态技术,另有16.93%的用户则考虑在未来12-24个月部署固态技术(如下图)。

  ▲数据来源:IT168调研平台

  在调查问及“全闪存阵列最具吸引力的优势”时,大家最为看重的三点还是提高存储利用率、最高容量和企业级功能以及横向扩展。

  ▲数据来源:IT168调研平台

 

     ▲数据来源:IT168调研平台

  企业应用中涉及到的固态技术类型主要分为PCIe SSD、全闪存阵列以及固态缓存设备,不过在部署固态技术的选择调研中,更多的企业(43.92%)倾向于选择固态缓存设备,13.23%的用户选择了PCIe闪存卡。由此可见,固态缓存设备和PCIe闪存卡这两种固态技术的应用还是非常广泛的。而企业应用中的全闪存阵列还需要提高,分析其中的原因,在于全闪存阵列在替换传统阵列过程中,存在成本过高的问题,而固态缓存设备和PCIe闪存卡可以实现更为灵活更为适合用户选择的应用方式。

  可以说,提到全闪存阵列,人们的第一反应就是“贵”,过高的成本让不少人都对全闪存阵列望而却步。在前文中所提到的ChinaUnix全闪存话题讨论中,网友的回复也集中反映了这一问题:“高性能,高价格,低性价比”“绝对的高端大气上档次”,ID名为Hongqiyaodao的网友还形象地吐槽全闪存阵列是“土豪专用”。apen则认为,除非现有传统设备不能满足性能要求,资金方面又不是问题,否则不会选择这类设备。

  ▲全闪存潮流来袭 网友们众说纷纭

  而在网友“幽云十八”看来,价格是其选择全闪存的影响因素之一,但不是最终因素。全闪存阵列目前还是缺乏相应的技术和相应的优化。不管是EMC的XtremIO还是IBM的FlashSystem都还跟宣传的效果有很大的差距。当然,第一代产品都那样,以后会慢慢成熟的,但现在使用全闪存吧还有些过早。

  不过,曾使用过全闪存阵列的txdgtwpv网友看法却不尽相同,他表示,“作为云提供商,虚拟机实例的cpu、内存和网络都相对好控制,磁盘IO是最被诟病的,不管是aws、google还是国内的IaaS平台。我们之前研发的块存储集群用于虚拟机实例磁盘的后端存储,从而可以使虚拟机具备快速创建镜像、快速迁移的能力,但在性能上就远远达不到要求,而且由于性能低,用户之间的相互干扰问题就更严重了。后来采用了全闪存架构,在外层系统基本未改的情况下,块存储的IO性能立即得到提升,轻松超过本地HDD IO的性能,使得这一服务真正产生价值。”

  “一直以来数据落地的存储都是整个服务集群的瓶颈,与磁盘IO相关的如数据库操作、日志存储都可能成为影响服务质量的因素。而通过各种内存的cache来达到快速响应的目的,却又会增加系统的复杂度。闪存从硬件上极大地提升了磁盘IO的性能,解决系统中的最短板,真正发挥万兆网络、高性能CPU的作用。”

  txdgtwpv认为,相对于全闪存给人带来的愉悦感,它的价格并不是主要障碍。他相信,很多架构师都曾经有过“不管花多少钱我都想把这个问题搞定”的想法。

  全闪存阵列的价格和寿命的确是目前企业用户比较关注的问题,但随着技术的发展,这些问题都会逐渐解决。全闪存阵列的价格靠近存储阵列的价格也并非不可能,在寿命方面,如今出现的eMLC等新技术,不但降低了闪存阵列的价格,也提升了产品的寿命问题,值得期待。

  五、展望未来:机遇与挑战并存

  对于大多数人来说,无论是SSD还是全闪存阵列等都太过神秘,人们往往并不了解,往往对这些产品望而生畏,总觉得这些产品是不安全、不靠谱的。全闪存阵列要想夺取更多的市场,首先要价值其宣布力度,厂商要通过不同的首选来普及闪存、SSD、全闪存阵列等产品知识。只有人们对产品了解了,才会产生购买的欲望。

  固体硬盘如今在消费用户方面已经有非常不错的普及程度,但其力度仍旧不够,而全闪存阵列则是更需要加强宣传,从近期来看,各大厂商明显开始了宣传动作,其是可喜的。

  虽然全闪存阵列相比机械硬盘在数据传输方面拥有绝对的优势,但是其产品应用仍然仅限于一些特殊的领域,例如高并发需求的企业,其在其他领域仍然很难与传统的存储进行竞争,这主要还是其在容量、价格等方面存在这缺陷,只有补齐这方面的短板才是发展要务。

  在2013年,随着闪存技术的发展,全闪存阵列将迎来新一轮的发布潮流,将有更多的厂商推出新的全闪存产品,虽然距离市场普及也许仍旧会有很长的一段路程要走,但是毕竟是一个很大的进步。而且随着越来越多的厂商投入到全闪存阵列市场,将促进全闪存技术的发展与统一,使其成为未来存储市场的首选。

  据IDC预测,到2015年,全闪存阵列市场的总收入将增至12亿美元。千里之行,积于跬步;万里之船,成于罗盘。如今的全闪存阵列已经有了很大的提高,毕竟与固态硬盘相比,全闪存阵列的发展史仍然很短,未来前景值得我们期待。

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