對于筆記本電腦用戶,特別經常公務出差的用戶,閃存驅動器(flash-memory drive)加長了電池壽命,且使得筆記本更輕、耐受力更強。對數據中心來說,采用閃存驅動器的好處還包括:相對于磁性配件來說,可信度更高、冷卻需求更少,以及對需要隨機存取服務器的應用軟件來說更高的性能。
迄今為止,數據中心在采用固態盤驅動器的過程中最大的兩個障礙是價格和容量。硬盤驅動器價格便宜很多,同時可存儲更大量的信息。比如,據IDC的消息,一個基于服務器的硬盤驅動器價格大約是每gigabyte一美元或者兩美元,而固態盤驅動器的價格大約在每gigabyte 15美元到90美元。
容量也不可同日而語。三星的SSD驅動器的存儲量僅為64GB,盡管公司計劃明年發布一款新的128GB產品。同時,日立公司美國分部將1TB節能型硬盤驅動器價格定為399美元,目的是擴大產品在服務器上的配置。
企業戰略集團有限公司的分析師Mark D. Peters解釋說這一固態技術已經研制了很多年,但是直到現在,對企業經理來說,在價格和性能方面仍不是最佳選擇。他說,這一局面即將改變,因為對于固態盤驅動器,每秒輸入/輸出操作方面的益處是不容忽視的。這些益處包括固態盤沒有移動的組成部分,因此壽命更長,運行速度更快,并且比硬盤驅動器更節能。
同時當前固態盤驅動器價格下降也很快。根據三星公司提供的信息,當前電子產品制造業的趨勢是此類產品價格每年下降40%到50%。
現在已經出現了硬盤驅動器和固態盤驅動器兩種產品相結合的驅動產品,例如三星公司的ReadyDrives——這一產品同時采用了固態驅動器和硬件驅動器技術。Peters引用了IBM最近關于BladeCenter服務器(采用了固態盤驅動器)的公告,“現在是采用固態驅動器的時機了,這一產品將是您的最佳選擇。”
IDC公司的分析師Jeff Janukowicz贊同上述論調,“價格的迅速下降,伴隨著容量的提高,這都將使固態盤驅動器逐漸成為數據中心中硬盤驅動器的替代品。”
兩個例子說明了固態盤驅動器如何處理高性能計算中長期存在的吞吐量問題,一些業內觀察者相信,這兩個實例顯示出固態盤驅動技術可能會在2008年發起新的攻勢。
一、固態硬盤在斯坦福線性加速器中心的應用
在這一研究中心,固態盤驅動器被用于當今一些數據最密集的工作。斯坦福線性加速器中心采用了粒子加速器來進行研究,包括早期的宇宙反物質和自閉癥的神經元細胞問題。
數據量非常大,以petabyte計,同時實驗室采用了五千個處理器核的集束。盡管是這樣,這一離散數據集(通常是僅僅100個到3000比特的信息)也被幾百個研究者進行了分析。同時,科學家也逐漸開始進行每秒數以千計的數據查詢,存取速度為每秒幾百萬數據塊。
SLAC的計算主管Richard Mount解釋說,對于這些研究數據,響應時間不是受處理器數目或網絡帶寬的限制,而主要是受磁盤存取時間的限制。“閃存是硬盤存儲器存儲速度的幾千倍。硬盤的隨機存取速度被限制在每秒大約2000次。當存取上千字節的數據塊時,這意味著一個磁盤僅可采用每秒1/50 gigabit的網絡連接,以及比一個普通計算機中心網絡交換機容量的1/100,000還小的容量。
這一限制被轉化成被實驗室所稱的“被撇出的數據集”,換句話說,就是預先安裝至少一個研究者所需的相關數據集。Mount說,“這樣對于現有數據集,就不需要再等待,但是如果有人需要數據集中不存在的數據,則需要等待整個產品周期,這大概是每四到六個月一次。”
為了幫助研究者以更特別的方式接收數據,閃存或許僅是一個設備。“我們并不迷信flash,但是我們可以構建價格合理、響應時間大約為25ms的基于flash的存儲器,我們現在已經開始進行這項工作。”
Mount解釋說,SLAC開發了自身的基于SSD的系統,現在這一產品已經進入最終調試階段。
“這一產品的第一個版本將提供大約2TB的存儲量,但是僅通過購買flash芯片,我們可以輕松地將這一存儲量提高到5TB或者10TB。”盡管他估計將花費更多。這一2TB的版本僅是作為測試和研發階段的產品。
最終,目標是將SSD技術作為所有粒子加速器研究項目的一個緩存,這就使得科學家可以在任何時間獲得任意數據庫的數據。IDC公司的Janukowicz補充說,“通過確保輸入/輸出性能與其他應用軟件系統的平衡,SSD協助實現了整個系統的高效。”基于閃存的SSD特點使得其成為高IOPS讀取密集型應用軟件的替代品。SSD沒有機械延時,同時其隨機讀入性能很高。因此,有了SSD,讀取數據的時間是同步的,并且在不考慮儲存數據的設備的情況下,所需時間非常短。
二、考慮在西北太平洋國家實驗室采用SSD產品
在西北太平洋國家實驗室,固態硬盤技術可以緩解超級計算機的瓶頸效應。在實驗室中,專家們進行保持寫入速度為每秒80Gbit以及讀取速度為每秒136Gbit的測試。然而,一個或兩個速度慢的硬盤驅動器將會使整個系統的性能減退。
西北太平洋國家實驗室的一個高級研究人員Robert Farber說,“固態設備(比如flash驅動器)可以采用一個RAID條帶化技術以達到高流動帶寬,就像硬盤驅動器一樣,而同時保持隨機存取的低響應時間。這是一項令人振奮的技術結合。”
實驗室尚未轉而采用固態技術。但是Farber說真正的爭論在于:對于有限范圍搜索的應用軟件來說,低響應時間的存取是否可以緩解計算帶寬的壓力。這不僅僅是一個價格容量比的問題。他說,“這也是一個消費者需要承受多少額外費用的問題,因為動力供給、存儲容量以及物理空間都與之前的磁性媒介環境有著很大區別。”
在西北太平洋實驗室,他們最新超級計算機響應時間的目標是每秒25Mbit。這幾乎可以管理NWChem科學軟件運算此類的數據密集環境。實驗室新環境的微科學設備包括一個新的超級計算機——理論上浮點性能的峰值是163 teraflop。同時,在斯坦福實驗室,磁盤速度是一個關鍵的因素,因此固態技術是解決實驗室瓶頸的關鍵。
Farber所期望的一項突破是在不遠的將來,操作系統將改變其分級存儲體系以進行SSD直接存取,將這一技術轉化為大存儲量硬盤驅動器的替換。
SSD對很多用戶來說是一個補充技術而非技術更新
問題仍在存在:什么時候SSD才能真正對企業造成影響?有些人說數據中心的SSD采用才剛剛起步,盡管筆記本電腦,如戴爾XPS M1330已經配置三星64GB SSD產品。Alienware也在其桌面電腦的配置中提供了64GB的選擇。同時SSD也有著廣闊的市場前景,盡管科研人員需要的是高速度以進行蛋白質的研究,而零售商可能需要的是更快的電子收款機系統。
Violin Memory有限公司是業內一家被關注的公司。這一公司的以Terabyte計的存儲設備給序列存取和隨機存取提供了每秒超過1Gbit的存取速度。SLAC公司的Mount說,他測試了Violin公司基于DRAM樣本設備,而Violin公司即將發布的基于flash的存儲系統貌似和SLAC公司的應用軟件很相配。
Violin公司的一個發言人解釋說公司計算的兩大瓶頸是網速和存儲系統的IOPS。他說,當前,序列操作的磁盤運行速度大約為每秒100Mbit,但是對于隨機存取量為4k的數據塊來說,速度每秒僅為1Mbit。
Janukowicz補充說,“在某些情況下,最小的存儲容量需求很適合SSD。同時,高性能的應用軟件,IOPS metric可以通過硬盤驅動器來支持SSD。”然而,即使有著這些好處,他說“IDC公司的調查顯示SSD仍未完全取代服務器中的硬盤驅動器。SSD的確有著性能優勢,并且是一個“綠色”解決方案。然而,有很多應用軟件需要由硬件驅動器提供的存儲容量。
企業戰略集團公司的Peters說這一吞吐量需求將引發硬盤驅動器逐漸轉向固態技術,但是仍需要時間。他說,“從一項技術完全轉到另一項技術對數據中心來說是很少見的。”