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SSD工程师都应该知晓的全闪存阵列(AFA)

[日期:2018-04-08] 来源:SSD社区  作者: [字体: ]

  全闪存阵列(AFA)也称为固态存储磁盘系统,是一种外部存储阵列,仅将闪存介质用于持久存储。闪存用于替代长期与网络存储系统相关联的旋转硬盘驱动器(HDD)。

  销售全闪存阵列的供应商通常允许客户在同一机箱中混合使用闪存和磁盘驱动器,这种配置称为混合阵列。但是,这些产品常常代表供应商尝试通过用闪存替换某些介质来改造现有的磁盘阵列。

  全闪存阵列设计:改装或专用

  其他供应商销售专门设计的本地系统专用系统,仅支持闪存。这些模型还嵌入了广泛的软件定义的存储功能来管理阵列上的数据。

  AFA的一个明确特征是包含本地软件服务,使用户能够直接在阵列硬件上执行数据管理和数据保护。这与安装在标准x86服务器上的服务器端闪存不同。将闪存存储插入服务器比购买全闪存阵列要便宜得多,但它也需要购买和安装第三方管理软件来提供所需的数据服务。

  领先的全闪存厂商已经为基于阵列的数据管理服务编写了算法,包括克隆,压缩和重复数据删除,内联或后处理操作,快照,复制和精简配置。

  与其基于磁盘的副本一样,全闪存阵列可在存储区域网络(SAN)或网络附加存储(NAS)环境中提供共享存储。

  全闪存阵列与磁盘的区别

  没有移动部件的闪存是一种非易失性存储器,可以被称为块的存储器单元擦除和重新编程。它是可擦除可编程只读存储器(EEPROM)的一种变体,因其可以通过单一动作或闪存擦除存储器块而得名。闪存阵列可以比固态驱动器(SSD)传输数据的速度要快于机电磁盘驱动器。

  全闪存阵列相对于基于磁盘的存储的优势在于,当应用程序进行查询以读取数据时,具有全带宽性能和更低的延迟。AFA中的闪存通常以固态硬盘的形式出现,这在设计上与集成电路类似。

  Flash比旋转磁盘更昂贵,但多级单元(MLC)闪存,三级单元(TLC)NAND闪存和3D NAND闪存的开发降低了成本。这些技术能够实现更大的闪存密度,而不需要缩减NAND单元的成本。

  MLC闪存比单层单元(SLC)闪存更慢,耐用性也更低,但公司已经开发出可以提高其耐磨程度的软件,从而使MLC可以被企业应用所接受。然而,SLC闪存仍然是具有最高I / O要求的应用的选择。TLC闪存比MLC降低了价格,虽然它还具有可以通过软件减轻性能和耐久性的折衷。其中支持TLC SSD的供应商产品包括Dell EMC SC系列和Kaminario K2阵列。

  购买全闪存阵列的注意事项

  决定购买AFA不仅仅是简单比较供应商产品。全闪存阵列可将大量性能增加到特定的一组应用程序,但可能无法为其他工作负载提供同等的好处。例如,使用内联重复数据删除和压缩功能在闪存中运行虚拟化应用程序往往比支持独特文件不可压缩的流媒体的闪存更具成本效益。

  一个all-SSD系统的最大,最小和平均等待时间会比HDD阵列小。这使得闪存适合大多数读取密集型应用。

  这种折衷来自写入放大,这与SSD如何重写数据以擦除整个块有关。写密集型工作负载需要一种特殊算法来收集SSD相同块上的所有写入,从而确保软件始终将多个更改写入同一个块。

  垃圾收集可能会给SSD带来类似的问题。闪存单元只能承受有限的写入次数,因此可以使用损耗均衡来提高闪存的耐用性。尽管具有写密集型工作负载的用户可能希望独立测试供应商的阵列以确定最佳配置,然后大多数供应商都设计了全闪存系统,以最大限度地减少垃圾收集和耗损均衡的影响。

  尽管为系统前期支付了更高的价格,但购买AFA的用户可能会看到随着时间的推移存储成本下降带来的优势。这与全闪存阵列CPU利用率的增加息息相关,这意味着企业需要购买更少的应用服务器。

  AFA的物理尺寸小于磁盘阵列的物理尺寸,这会降低机架数量。系统中机架数量减少也会减少数据中心产生的热量和冷却功耗。

  全闪存阵列供应商,产品和市场

  闪存最初是作为其他全HDD系统中的少数SSD推出的,旨在创建一个小闪存层来加速一些关键应用程序。因此诞生了混合闪存阵列。

  随着软件的出现,SSD的下一个发展阶段到来了,它使SSD能够作为磁盘存储的前端缓存,从而扩展阵列上运行的所有应用程序的更快性能优势。

  现在已经不存在的厂商Fusion-io是闪存的早期先驱。Fusion-io于2005年推出了包含闪存芯片的外围组件接口快速(PCIe)卡。将PCIe闪存卡插入服务器插槽使数据中心能够提高传统服务器硬件的性能。Fusion-io于2014年被SanDisk收购,后者随后被Western Digital Corp.收购。

  同时,Violin也很早就打破僵局,Violin的系统采用定制芯片设计,迅速赢得了客户,也为2013年公共市场的崛起助力。到2017年,Violin被全闪存竞争者超越,其阵列集成了先进的软件数据服务。在申请破产之后,该供应商在2018年被私人投资者重新启动为Violin Systems,重点是向管理服务提供商销售全闪存。

  全闪存存储阵列的比较 独立分析师Logan G. Harbaugh比较了各种全闪存阵列。此图表创建于2017年8月。

  全闪存阵列供应商,例如Pure Storage和XtremIO(Dell EMC的一部分)是最早纳入内联压缩和重复数据删除技术的厂商,现在大多数其他供应商都将其作为标准功能。增加重复数据删除功能有助于AFA提供基于廉价旋转媒体的存储价格平价机会。

  领先的全闪存阵列产品样本包括以下内容:

  戴尔EMC VMAX

  戴尔EMC Unity

  戴尔EMC XtremIO

  戴尔EMC Isilon NAS

  富士通Eternus AF

  Hewlett Packard Enterprise(HPE)3PAR StoreServ

  HPE Nimble存储AF系列

  日立Vantara虚拟存储平台

  华为OceanStor

  IBM FlashSystem V9000

  IBM Storwize 5000和Storwize V7000F

  Kaminario K2

  NetApp全闪存光纤阵列连接阵列(NetApp AFF)

  NetApp SolidFire系列 - 包括NetApp HCI

  纯存储FlashArray

  纯FlashBlade NAS /对象存储阵列

  Tegile Systems T4600 - 由Western Digital于2017年购买

  Tintri EC系列

  对混合阵列用例的影响

  闪存价格下降,数据增长和综合数据服务增加了全闪存阵列对许多企业的吸引力。这导致业内人士猜测全闪存存储可以取代混合阵列,尽管考虑使用混合存储基础架构仍然有很好的理由。

  虽然硬盘使用更多的功率并且比闪存更慢,从而导致每IOPS成本较高,但是它们以较低的每千兆字节成本提供可预测的性能。全闪存阵列每IOPS的成本也较低,加上速度和功耗较低的优势,但它们前期需要更高的购买价格和每GB的成本。

  AFA与混合阵列

  混合闪存阵列使企业能够在相对较低的成本和平衡的性能之间取得平衡。由于混合阵列支持高容量磁盘驱动器,因此它比AFA提供更高的总存储容量。

  全闪存NVMe和NVMe over Fabrics

  基于非易失性存储器快速(NVMe)闪存技术的全闪存阵列代表了下一个成熟阶段。NVMe主机控制器接口通过使应用程序直接与后端存储通信来加速数据传输。

  NVMe旨在成为在主机和目标设备之间传输数据的小型计算机系统接口(SCSI)标准的更快选择。NVMe标准的开发由NVM Express Inc.主办,NVM Express Inc.是一家由100多家成员技术公司组成的非营利组织。

  NVMe标准被广泛认为是SAS和SATA协议的最终继任者。NVMe外形包括附加卡,U.2 2.5英寸和M.2 SSD设备。

  一些基于NVMe的产品包括:

  DataDirect Networks Flashscale

  Datrium DVX混合动力系统

  HPE持久性内存

  Kaminario K2.N

  Micron加速解决方案NVMe参考架构

  Micron SolidScale NVMe超过Fabrics设备

  纯存储FlashArray // X

  Tegile IntelliFlash

  少数NVMe-flash初创公司也将产品推向市场,其中包括:

  1.Apeiron Data Systems将NVMe驱动器与现场可编程门阵列中的数据服务相结合,而不是连接到存储阵列的服务器。

  2.E8存储E8-D24 NVMe闪存阵列可将快照复制到连接的计算服务器,以减少阵列上的管理开销。

  3.Excelero软件定义的存储在任何x86服务器上运行。

  4.Mangstor MX6300 NVMe over Fabrics(NVMe-oF)存储是戴尔PowerEdge服务器上的品牌PCIe NVMe附加卡。

  5.Pavilion Data Systems品牌的Pavilion Memory Array。

  6.Vexata VX-100基于软件定义的Vexata Active Data Fabric。

  行业专家预计,2018年将迎来更多基于NVMe-oF的端到端机架式闪存存储系统。这些系统将定制的NVMe闪存模块作为结构来代替一堆NVMe SSD。

  NVMe-oF传输机制支持主机设备和NVMe存储设备之间的长距离连接。IBM,Kaminario和Pure Storage已经公开披露支持NVMe-oF的产品,尽管大多数存储供应商已经承诺提供支持。

  超融合基础设施中的全闪存存储阵列

  超融合基础设施(HCI)系统将计算,网络,存储和虚拟化资源整合为一体。大多数超融合产品旨在将磁盘用作前端存储,依靠适度的闪存缓存层来加速应用程序或用作冷存储。由于与性能相关的原因,大多数HCI阵列传统上并不主要用于闪存存储,尽管在2017年开始发生变化。

 

  现在主要的HCI供应商销售全闪存版本。其中包括思科,戴尔EMC,HPE,Nutanix,Pivot3和Scale Computing。NetApp于2017年10月推出了一款基于SolidFire全闪存存储平台的HCI产品。

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