摘要：固態(tài)硬盤（SSD）可以幫助企業(yè)的IT經(jīng)理們?cè)谝粋€(gè)快速 發(fā)展的數(shù)據(jù)中心環(huán)境最大限度地提高存儲(chǔ)效率。諸如垂直NAND（ Vertical NAND，V-NAND）、非易失性存儲(chǔ)器 (Non-Volatile Memory Express，NVMe)和PCI Express（PCIe）等新興技術(shù)幫助固態(tài)硬盤提供了高帶寬和低延遲性，而硬盤驅(qū)動(dòng)器（HDD）仍然能夠?yàn)槟切┯兄哂休^低的性能要求的數(shù)據(jù)提供了大量的存儲(chǔ)效率。

通過(guò)將SSD和HDD以恰當(dāng)?shù)姆绞较嘟Y(jié)合，有可能又帶來(lái)性能的大幅提升，同時(shí)保持成本控制。

固態(tài)硬盤(SSD)可以幫助企業(yè)的IT經(jīng)理們?cè)谝粋€(gè)快速 發(fā)展的數(shù)據(jù)中心環(huán)境最大限度地提高存儲(chǔ)效率。諸如垂直NAND(Vertical NAND，V-NAND)、非易失性存儲(chǔ)器 (Non-Volatile Memory Express，NVMe)和PCI Express(PCIe)等新興技術(shù)幫助固態(tài)硬盤提供了高帶寬和低延遲性，而硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDD)仍然能夠?yàn)槟切┯兄哂休^低的性能要求的數(shù)據(jù)提供了大量的存儲(chǔ)效率。

最大限度地提高效率，并實(shí)現(xiàn)成本節(jié)約的關(guān)鍵便是調(diào)整性能和容量。而通過(guò)將SSD和HDD以恰當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行組合，則有可能帶來(lái)性能的大幅提升，同時(shí)保持成本控制。

根據(jù)分析公司IDC的數(shù)據(jù)顯示，全球約90%的數(shù)據(jù)被認(rèn)為是“冷數(shù)據(jù)(cold data)”，這意味著當(dāng)這些數(shù)據(jù)被收集捕獲后，并不經(jīng)常被訪問(wèn)。剩余的10%的數(shù)據(jù)則是熱的，這意味著這些數(shù)據(jù)被收集捕獲后，會(huì)被經(jīng)常頻繁的訪問(wèn)。以Twitter為例，最新發(fā)送的推文會(huì)被推送、點(diǎn)贊、轉(zhuǎn)發(fā)或收藏，進(jìn)而變得越來(lái)越“熱”，而大部分超過(guò)一周的舊推文，則會(huì)“降溫”，但仍然可被搜索到。

將所有的數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在高性能、低延遲的存儲(chǔ)設(shè)備的成本是極為昂貴的，因此可以使用分層存儲(chǔ)架構(gòu)，其中每一級(jí)的存儲(chǔ)均提供了最適合該層數(shù)據(jù)的獨(dú)特的性能品質(zhì)：

· CPU緩存和內(nèi)存處理構(gòu)成了“最熱”的一層，有少量的數(shù)據(jù)。

· 一個(gè)“熱(hot)”層處理從內(nèi)存溢出到存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，支持高性能的寫入。PCIe NVMe固態(tài)硬盤提供了前所未有的交易速度和這些需求的持久必要的寫入。

· 一個(gè)“溫暖(warm)”層采用2位和3位MLC串行ATA(SATA)固態(tài)硬盤增加數(shù)據(jù)容量，因?yàn)樗鼈內(nèi)匀惶峁┝撕芎玫慕灰仔阅芎兔縂B更低成本的耐用性。

· 一個(gè)“冷(cold)”層以每千兆字節(jié)最低的成本將批量數(shù)據(jù)歸檔到HDD硬盤驅(qū)動(dòng)器。

數(shù)據(jù)應(yīng)該自然的從“熱”層流向“溫暖”層，并最終流到“冷”層。這樣，當(dāng)歸檔數(shù)據(jù)突然發(fā)現(xiàn)自己處在更高的需求，便可以將其遷移回“熱”層或“溫暖”層進(jìn)行處理。這種方法允許每一層圍繞恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)進(jìn)行全面的優(yōu)化，無(wú)需花費(fèi)不必要的成本即可提高整個(gè)數(shù)據(jù)中心的性能。

借助V-NAND技術(shù)實(shí)現(xiàn)更好的SSD固態(tài)硬盤

當(dāng)談到NAND閃存技術(shù)時(shí)，了解NAND及其性能、耐久性和不同版本之間的成本差異的發(fā)展演化是非常重要的。多年來(lái)，NAND閃存的進(jìn)步使得將越來(lái)越多的bit打包到每個(gè)單元(cell)成為了可能。但在某種程度上，NAND閃存單元變得如此緊湊，他們實(shí)際上相互干涉，降低了可靠性。較小的單元也變得更容易磨損，而NAND閃存的耐力開始達(dá)到一個(gè)極限。

借助V-NAND技術(shù)，蜂窩塔(cell tower)是由堆疊的多個(gè)層創(chuàng)建，能夠從2D到3D的規(guī)模化擴(kuò)展縮放。而不是讓單元向在2D NAND中那樣更小，V-NAND具備減少尺寸規(guī)模的功能，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)顯著更高的堆棧功能。其結(jié)果是，V-NAND提供了超過(guò)平面NAND的性能改進(jìn)和耐久性。

V-NAND技術(shù)還可以在數(shù)據(jù)中心提高性能和耐久性。受益于在較小的平面NAND結(jié)構(gòu)一個(gè)更大的單元幾何結(jié)構(gòu)降低了誤差修正要求。這意味著，較之傳統(tǒng)的平面NAND SSD，V-NAND固態(tài)硬盤操作消耗較少的能量，而且比HDD硬盤所消耗的能量更少，而又能提供更快的轉(zhuǎn)速。更快的V-NAND閃存也可以讓SSD固態(tài)硬盤充分利用快速的接口。

由于ECC需求的減少和能源消耗的降低，基于SSD的V-NAND也能夠提供較高的耐久性。

根據(jù)應(yīng)用程序的不同，受益的范圍可以包括了從更多的用戶能夠訪問(wèn)同一網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析響應(yīng)時(shí)間的改善，或在SSD存儲(chǔ)空間驅(qū)動(dòng)寫入的增加。

借助PCIe和NVMe提高速度和性能

盡管在改善NAND結(jié)構(gòu)以便實(shí)現(xiàn)更好的持久性方面已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步，但捕捉完整的性能提升需要軟件界面連接SSD到計(jì)算機(jī)的改進(jìn)。

非易失性存儲(chǔ)器(NVMe)和PCI Express(PCIe)SSD技術(shù)正在改變數(shù)據(jù)中心的的處理速度和性能。借助PCIe接口和NVMe協(xié)議，存儲(chǔ)子系統(tǒng)提供更高的帶寬，更低的延遲，并且能夠避免性能瓶頸，所有這一切都推動(dòng)了高水準(zhǔn)的數(shù)據(jù)中心性能。從SATA或SAS到PCIe接口的轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)中心提供了比以往通過(guò)采用前代的SATA接口的任何時(shí)候都更多的帶寬。PCIe固態(tài)硬盤可以直接連接到CPU，而無(wú)需主機(jī)總線適配器，進(jìn)一步減少了延遲。

除了電子接口，操作系統(tǒng)也需要改進(jìn)的軟件接口以實(shí)現(xiàn)更高的存儲(chǔ)性能。從歷史上看，SSD和HDD使用高級(jí)主機(jī)控制器接口(AHCI)，其為SSD固態(tài)硬盤帶來(lái)了一個(gè)瓶頸效應(yīng)，因?yàn)槠渥畛醯脑O(shè)計(jì)是用于在SATA接口上的HDD硬盤的高延遲性。在AHCI堆棧增加了額外的轉(zhuǎn)換層，并且，基于其設(shè)計(jì)，只能支持一個(gè)多達(dá)32個(gè)未處理命令的隊(duì)列。根據(jù)該技術(shù)的性質(zhì)，SSD能夠以較低的延遲帶來(lái)更高的傳輸速度，但如果沒(méi)有一個(gè)優(yōu)化的軟件接口，也不能充分發(fā)揮其潛力。

盡管前進(jìn)的道路出現(xiàn)了坎坷，但其最終開始理順了。借助在此之前的任何標(biāo)準(zhǔn)方法，結(jié)合PCIe接口的SSD供應(yīng)商不得不編寫專有驅(qū)動(dòng)程序來(lái)提高性能。而NVMe的興起則成為了一種新的規(guī)范，在應(yīng)用程序和SSD之間使用簡(jiǎn)化的、低延遲性的堆棧，以減少I/O開銷，提供更高的性能和更高的效率。由于AHCI支持一個(gè)隊(duì)列和32個(gè)命令，NVMe通過(guò)對(duì)數(shù)以千計(jì)的隊(duì)列系統(tǒng)的支持，每個(gè)隊(duì)列允許多達(dá)65,536個(gè)未處理的命令，大大改進(jìn)了隊(duì)列系統(tǒng)。較之SATA接口的SSD固態(tài)硬盤使用AHCI協(xié)議，NVMe和PCIe固態(tài)硬盤的過(guò)渡，以有助于改進(jìn)隨機(jī)和順序性能。

借助這些新的和改進(jìn)的技術(shù)速度，受益于較高的每秒進(jìn)行讀寫(I/O)操作的次數(shù)(IOPS)的數(shù)據(jù)中心將能夠體驗(yàn)到快四倍的性能提升。現(xiàn)在，數(shù)據(jù)中心可以使用PCIe和NVMe固態(tài)硬盤，最大限度地提高速度和性能，特別是在那些數(shù)據(jù)訪問(wèn)更頻繁的“熱”層。

處理最激烈的交易

在單一驅(qū)動(dòng)級(jí)別，具有PCIe接口和NVMe驅(qū)動(dòng)的V-NAND SSD固態(tài)硬盤的引入，可以在數(shù)據(jù)中心大大提高關(guān)鍵點(diǎn)的處理速度。隨著數(shù)據(jù)的成倍增加，理解哪些數(shù)據(jù)是“熱”的，哪些數(shù)據(jù)是“冷”的，對(duì)于設(shè)計(jì)一個(gè)架構(gòu)來(lái)進(jìn)行成本有效的處理變得相當(dāng)重要。

一個(gè)分層的存儲(chǔ)方法，能夠最成本有效的使用技術(shù)。在大多數(shù)數(shù)據(jù)中心，“冷”層的HDD已經(jīng)存在了，而中檔的SSD固態(tài)硬盤“暖”層可能是非正式的。添加一個(gè)高性能、高耐久性的SSD的“熱”層，以專注于處理具有最激烈交易，則有助于使得數(shù)據(jù)中心的性能提高到一個(gè)新的水平。