Firmy a dátové centrá vo svojich úložných riešeniach čoraz častejšie nahrádzajú pevné disky (HDD) za výkonnejšie SSD disky určené pre servery a dátové centrá. Čím sa tieto SSD líšia od bežných klientských SSD diskov, ktoré poznáme napr. z domácich počítačov?
SSD disky ovládli počítače. Drvivá väčšina PC a takmer všetky notebooky využívajú dnes ako svoje dátové úložisko výkonné SSD. Radosť z nich nemajú len hráči, ale aj bežní používatelia, ktorým sa výrazne rýchlejšie spúšťa systém a aplikácie.
„Dnes exponenciálne rastie potreba výkonných a odolných SSD aj pre servery a dátové centrá. SSD disky a operačné pamäte sú totiž komponentmi, ktoré dokážu jednoducho a veľmi efektívne zvýšiť rýchlosť a celkový výkon počítačov,“ vysvetľuje Marcin Gaczor, zástupca spoločnosti Kingston pre Českú republiku a Slovensko.
Tradičné pevné disky (HDD) sú stále používané najmä kvôli veľkej kapacite a nižšej cene, ale sú obmedzené z hľadiska výkonu a latencie, preto sa hľadali modernejšie účinnejšie úložné riešenia, ktoré by zvládli efektívnejšie a rýchlejšie pracovať s veľkými dátami a dokázali by zvýšiť spoľahlivosť dátových centier a zároveň znížiť aj prevádzkové náklady (OpEx = Operating Expense). A práve to je veľký priestor pre využitie SSD diskov.
NIE JE SSD, AKO SSD
Od začiatku boli SSD disky vyrábané tak, aby ich bolo možné ľahko použiť ako priamu náhradu za pevný disk (HDD) založený na rotačných magnetických platniach. K dispozícii sú v rôznych v rôznych formátoch (tzv. form factor), vrátane napr. najrozšírenejších tradičných 2,5″ puzdier. V závislosti od konkrétneho modelu sa používajú štandardné komunikačné rozhrania ako SATA (Serial ATA), SAS (Serial Attached SCSI), ale zaviedli sa aj modernejšie a výkonnejšie NVMe rozhrania (na PCIe zbernici), ktoré umožňujú vyššie rýchlosti prenosu dát a nižšiu latenciu. Ľahká nasaditeľnosť však nezaručuje, že všetky SSD disky budú z dlhodobého hľadiska vhodné aj pre podnikové aplikácie.
„Serverové SSD disky sú postavené úplne inak, ako bežné SSD disky pre pracovné stanice alebo notebooky,“ vysvetľuje Marcin Gaczor zo spoločnosti Kingston.
U serverových SSD sa počíta s inou pracovnou záťažou ako v klientských počítačoch a preto sú požadované iné vlastnosti a konštrukcia diskov. Disky v serveroch a dátových centrách musia byť pripravené na oveľa vyššiu záťaž, pretože tu nie je výnimkou stopercentný cyklus prepisu všetkých dát v priebehu 24 hodín, sedem dní v týždni a počas celého roka.
Vďaka rozdielom v konštrukcii medzi jednotlivými modelmi, iným typom pamätí NAND, sa môže výber správneho úložného zariadenia SSD pre podnikové servery a dátové centrum stať dlhým a náročným procesom hľadania a kvalifikovania množstva rôznych dodávateľov a typov produktov SSD.
„Pri výbere SSD pre servery vás môžu lákať ponuky klientských SSD so zdanlivo výhodnými počiatočnými nákladmi a očakávaným výkonom. Veľmi rýchlo sa ale presvedčíte ako zlá je takáto „výhodná“ investícia, najmä keď sa SSD disky začnú predčasne opotrebúvať, dosiahnu oveľa nižší trvalý výkon pri zápise počas ich očakávanej životnosti alebo zavedú ďalšiu latenciu do dátového úložiska. Takýto disk vám spôsobí množstvo problémov, ktoré povedú k predčasnej výmene celého poľa,“ vysvetľuje Gaczor.
Enterprise a klientské SSD disky odlišujú tri kľúčové vlastnosti – výkon, spoľahlivosť a životnosť. Práve na ne by ste sa pri rozhodovaní o výbere diskov pre podnikové úložisko alebo dátové polia mali primárne zamerať.
VÝKON
SSD disky dosahujú vysoký výkon pri sekvenčnom aj náhodnom čítaní a zápise vďaka viackanálovej architektúre a paralelnému prístupu radiča k NAND čipom. Pri typickom scenári dátového centra, ktoré naraz spracúva obrovské množstvo dát a musí obslúžiť veľký počet klientov často s potrebou súčasného prístupu k rovnakej dátovej položke, je kľúčová nízka latencia. Každé drobné zaváhanie má veľký vplyv na kvalitu služieb ako ju vnímajú samotní používatelia a tým aj ich produktivitu.
Diskové úložiská využívajúce SSD disky (napr. Network Attached Storage (NAS), Direct Attached Storage (DAS) alebo Storage Area Networks (SAN)) môžu byť negatívne ovplyvnené nekonzistentným výkonom jednotlivých diskov, čo sa prejaví na latencii, trvalom výkone a tiež celkovej kvalite služby (QoS) vnímanej používateľmi. Preto sú SSD disky triedy Enterprise optimalizované nielen na špičkový výkon v prvých sekundách, ale vďaka väčšej rezervnej kapacite (Over-Provisioning, OP) ponúkajú vyšší aj trvalý výkon v ustálenom stave po dlhší čas.
SPOĽAHLIVOSŤ
Pamäť NAND Flash má obmedzenú životnosť, pretože pri zápise alebo mazaní dochádza k postupnému opotrebovanie pamäťových buniek a treba počítať aj s prirodzene sa vyskytujúcou chybovosťou. Priamo počas výrobného procesu sa pre NAND Flash testuje každý výrez z kremíkových dosiek a označuje sa surová bitová chybovosť (BER alebo RBER). Pomocou nich sa definuje miera s akou sa v NAND Flash prirodzene vyskytujú bitové chyby bez použitia korekčného kódu (ECC) a ktorú priamo dokáže korigovať radič SSD bez narušenia prístupu používateľa alebo systému.
Schopnosť opraviť tieto bitové chyby možno interpretovať pomocou metriky UBER (Uncorrectable Bit Error Ratio), pričom podľa štandardov definovaných organizáciou JEDEC ešte v roku 2010, musia SSD triedy Enterprise zvládať vyššie pracovné zaťaženie, extrémnejšie pracovné podmienky a spĺňajú prísnejšie požiadavky na neopraviteľné bitové chyby než štandardné klientské SSD disky.
Pri aplikácii požiadavky UBER sa napr. podľa JEDEC očakáva, že u SSD triedy Enterprise sa vyskytne iba 1 neopraviteľná bitová chyba v pomere 1 bitová chyba na každých 10 biliárd bitov (~ 1,11 petabajtov). Pre porovnanie, u klientských SSD je to 1 bitová chyba na 1 biliardu bitov (~ 0,11 petabajtov).
Pre vyššiu spoľahlivosť majú napr. Enterprise SSD disky Kingston technológie na obnovu poškodených blokov pomocou paritných dát uložených v iných NAND (podobný spôsob ako pri poliach RAID). V rámci komplexnej ochrany sa využíva aj pravidelné vytváranie kontrolných bodov (checkpointov), cyklická redundantná kontrola (CRC) a oprava chýb pomocou ECC. End-to-end ochrana kontroluje integritu dát počas ich ukladania do internej medzipamäte SSD a pri zápise alebo spätnom čítaní z oblastí úložiska NAND.
Okrem ochrany proti bitovým chybám, obsahujú SSD disky Kingston aj fyzické obvody na detekciu straty energie, ktoré spravujú kondenzátory napájania priamo v SSD diskoch. Pri neočakávanej strate napätia poskytujú dočasné napájanie obvodov SSD na dokončenie akýchkoľvek interných alebo externých zápisov pred úplným vypnutím SSD diskov. Pomáha to chrániť dáta a aplikácie, pri ktorých nie je možné po výpadku obnoviť stratu dát.
ŽIVOTNOSŤ
V závislosti od triedy a kapacity SSD možno časť pamäte NAND Flash vyhradiť ako rezervnú kapacitu (Over-Provisioning, OP). Kapacita OP je pre používateľa a operačný systém skrytá, no využíva sa pre zabezpečenie trvalého výkonu a ako náhrada za chybné pamäťové bunky počas doby životnosti disku SSD, čo zvyšuje spoľahlivosť a životnosť SSD.
Celá pamäť NAND Flash sa postupne opotrebúva. S každým zápisom alebo mazaním (cyklus Program/Erase) sa skracuje život pamäťovej bunky NAND Flash, až kým už nebudú vedieť spoľahlivo ukladať dáta. V tom okamihu sa degradovaný alebo poškodený blok vyradí z používateľsky adresovateľnej oblasti a adresa logického bloku (LBA) sa presunie na novú fyzickú adresu v rezervnom úložnom poli NAND Flash. Nový úložný blok, ktorý je súčasťou rezervnej kapacity SSD (Over-Provisioning), nahradí poškodený blok. Implementovaná sada manažérskych techník teda spravuje schopnosti buniek spoľahlivo ukladať dáta počas predpokladanej životnosti SSD.
Počet P/E cyklov sa ale môže podstatne líšiť v závislosti od aktuálneho procesu výroby litografie a typu vyrobeného NAND Flash. Enterprise SSD musí nepretržite odolávať veľkej aktivite v scenároch typických pre servery a dátové centrá s prevádzkou 24/7, zatiaľ čo bežné klientské disky sú zvyčajne navrhnuté pre pracovnú záťaž len asi 8 hodín denne a s pracovným cyklom 20/80 (20% aktívneho času, 80% v pohotovostnom režime alebo v režime spánku aj pri používaní počítača).
Pochopenie životnosti a výdrže SSD disku môže byť zložité a preto výbor JEDEC navrhol ako jednotnú metriku merania životnosti hodnoty Total Bytes Written (TBW) na označenie množstva dát zapísaných počas životného cyklu na disk SSD.
TBW je samozrejme iba orientačný model predikcie výdrže na úrovni samotnej NAND pamäte. Spoľahlivosť a životnosť na úrovni komponentov zariadenia lepšie vystihuje metrika MTBF (Mean Time Between Failure). Všetky Enterprise SSD disky by mali mať minimálne dva milióny hodín MTBF, čo predstavuje viac ako 230 rokov, nejedná sa však o očakávanú životnosť konkrétneho disku.
Monitorovanie a hlásenia zapísané v SMART na diskoch SSD umožňujú ľahký prehľad o aktuálnej životnosti zariadení a úrovni opotrebenia. Často sú k dispozícii aj prediktívne varovania pred zlyhaním pri poruchových udalostiach, ako je strata napájania, bitové chyby vyskytujúce sa z fyzického rozhrania alebo nerovnomerné rozloženie opotrebenia. Bežné klientské SSD môžu obsahovať iba minimálny výstup SMART na sledovanie disku SSD počas štandardného používania, takže nie je možné získať až tak podrobné dáta o ich životaschopnosti a včasné varovanie pred kritickým stavom.
RIEŠENIE ENTERPRISE VS KONCOVÝ POUŽÍVATEĽ
Existujú aj ďalšie výrazné rozdiely, o ktorých by sme mohli diskutovať, počnúc spôsobom ukladania a mazania dát v pamäti NAND Flash až po zložité techniky správy vyhovujúce rôznym pracovným zaťaženiam aplikačných tried. Podstatný je fakt, že nie je možné porovnávať Enterprise a klientské SSD len podľa základných parametrov, ako sú maximálna rýchlosť, kapacita a cena. Ide o odlišný systém práce s dátami, výkonom, spoľahlivosťou a životnosťou. Najmä u dátových centier je potrebné pochopiť rozdiely aby ste vedeli minimalizovať a riadiť riziko prerušenia prevádzky a to v často extrémnom prostredí, ktorého požiadavky neustále rastú.
Vybrať správne SSD môže byť často komplikované nielen pri veľkých riešeniach, ale aj pri menších serveroch. Ak sa potrebujete poradiť o vhodnom riešení, využite službu spoločnosti Kingston Spýtajte sa experta (Ask an expert) na stránke www.kingston.com/ssd/server/ask-an-expert
