NAND SSD已遇瓶頸 如何讓企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)性能更高、成本更可控？

原標(biāo)題：NAND SSD已遇瓶頸 如何讓企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)性能更高、成本更可控？

盡管基于NAND閃存的SSD仍然是存儲(chǔ)產(chǎn)品中的主力，但人們發(fā)現(xiàn)就如當(dāng)年的HDD機(jī)械硬盤一般，NAND SSD也漸漸步入了它的技術(shù)瓶頸期，即便是采用規(guī)格更好、容量更大的NAND SSD，在對(duì)隨機(jī)讀寫性能要求更高的企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)應(yīng)用中，最終所表現(xiàn)出的傳輸速度、延遲乃至QoS都難以獲得明顯的改變。更糟的是，在很多應(yīng)用場(chǎng)景下，用戶需要購買數(shù)TB的企業(yè)級(jí)SSD才能達(dá)到預(yù)期的性能指標(biāo)，成本非常高。那么有沒有什么辦法能讓企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)既擁有更高的性能，同時(shí)還能控制成本，具備更高的性價(jià)比呢？答案顯然是“YES”，但必須采用基于新型介質(zhì)的存儲(chǔ)產(chǎn)品，如英特爾在近年來推出的傲騰存儲(chǔ)產(chǎn)品。

傲騰介質(zhì)具有支持就地寫入、位尋址、低延遲三大新特性

傲騰固態(tài)盤不會(huì)像HDD、NAND SSD那樣因?yàn)槿萘康脑鲩L(zhǎng)，其每IOPS/TB性能反而不斷下降，而是在容量增加的同時(shí)，繼續(xù)向用戶輸出高IOPS性能。

基于傲騰介質(zhì)的傲騰持久內(nèi)存、傲騰固態(tài)盤具有諸多新特性。首先是它支持就地寫入，寫入前不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)擦除。不像普通NAND閃存存在讀-修改-寫這個(gè)過程，因此它的寫性能遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)NAND固態(tài)盤。其次是傲騰技術(shù)支持位尋址，可以提供超低的延遲，可以做到微秒級(jí)別。此外新介質(zhì)大幅提升了傲騰產(chǎn)品的壽命，英特爾傲騰固態(tài)盤可以支持多達(dá)60個(gè)DWPD（每日全盤寫入次數(shù)），而高端NAND固態(tài)盤一般也只能支持最多3個(gè)DWPD左右。那么在企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)上，擁有更好性能的傲騰產(chǎn)品能有怎樣的作為呢？

覆蓋A、C、T三大用途 完全滿足企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)應(yīng)用

傲騰產(chǎn)品主要用于加速、緩存、應(yīng)用分層三個(gè)方面，簡(jiǎn)稱ACT。

目前傲騰產(chǎn)品在企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)上的作用主要可以總結(jié)為ACT三個(gè)方面：A（Accelerating，加速）、C（Caching，緩存）、T（Tiering，促進(jìn)應(yīng)用分層）。在A加速方面，英特爾傲騰的內(nèi)存技術(shù)通過部署在更靠近計(jì)算的一端，能夠加速某些重內(nèi)存的使用場(chǎng)景。針對(duì)存儲(chǔ)，把一些熱數(shù)據(jù)或需要加速的數(shù)據(jù)置于英特爾傲騰固態(tài)硬盤中，可以進(jìn)一步提升處理的速度。在C緩存方面，由于 Cache中的數(shù)據(jù)需要經(jīng)常刷新，因此兼具耐久性和高壽命的傲騰介質(zhì)在Cache寫操作數(shù)據(jù)量的場(chǎng)景下具有很大優(yōu)勢(shì)。在T分層方面，英特爾傲騰能夠?qū)崿F(xiàn)分層智能存放熱數(shù)據(jù)，改變固有的使用SATA SSD存放冷熱數(shù)據(jù)的方案，從而在延遲上實(shí)現(xiàn)大幅提升。

傲騰產(chǎn)品具備高IOPS、長(zhǎng)壽命、低延遲，更好的QoS四大特性

英特爾傲騰產(chǎn)品能同時(shí)滿足這三大用途的關(guān)鍵還是在于它具備高IOPS、長(zhǎng)壽命、低延遲，更好的QoS四大特性。舉例來說在一個(gè)70%讀、30%寫混合使用場(chǎng)景下，傲騰固態(tài)盤P4800X的IOPS可以達(dá)到英特爾傳統(tǒng)NAND固態(tài)盤P4610的3倍，壽命可達(dá)到其5倍以上，QoS高出了16倍，而延遲只有P4610的20%。接下來還是讓我們通過實(shí)際案例，分別舉例說明。

加速數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù) 提升性能、降低成本

傲騰固態(tài)盤主要可以用來加速訪問五類“數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”

首先在用于加速時(shí)，傲騰固態(tài)盤主要可以加速那些需要頻繁高速使用，描述文件類型、文件大小、文件日期的元數(shù)據(jù)；伴隨主文件操作實(shí)時(shí)產(chǎn)生，速率很高、頻度很高的日志、Journal類數(shù)據(jù)，以及一些臨時(shí)文件、Index索引等五類數(shù)據(jù)。簡(jiǎn)單來說這五類數(shù)據(jù)就是“數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”，一般容量不會(huì)太大，但需要一個(gè)更快的存儲(chǔ)器來對(duì)它們進(jìn)行快速訪問，畢竟如果找到這些數(shù)據(jù)都很慢的話，那么用戶要找到這些數(shù)據(jù)之下的核心數(shù)據(jù)就更慢了。目前產(chǎn)生這五類數(shù)據(jù)的典型應(yīng)用有Ceph、RocksDB等等。

在實(shí)際的Ceph應(yīng)用場(chǎng)景中，傲騰加速盤的應(yīng)用可以有效減少節(jié)點(diǎn)數(shù)，降低延遲，并大幅削減三年使用成本。

使用傲騰固態(tài)盤加速Ceph對(duì)象存儲(chǔ)后，其性能也有全方位的大幅提升。

而在加速Ceph對(duì)象存儲(chǔ)時(shí)，與使用英特爾P4610 TLC SSD對(duì)HDD進(jìn)行加速的配置相比，使用傲騰固態(tài)盤對(duì)HDD進(jìn)行加速的配置也有明顯的優(yōu)勢(shì)。如在QPS每秒鐘訪問性能上，傲騰固態(tài)盤P4800X+HDD的性能是P4610 SSD+HDD的2.2倍，在讀取帶寬上更達(dá)到了后者的近10倍，同時(shí)其訪問延遲也只有后者的約60%。

替換NAND固態(tài)盤 傲騰更適合用于緩存

目前緩存的作用主要有直寫、寫回、寫緩存、讀緩存四類，面向vmware vSAN、微軟的Azure、Cisco HyperFlex等企業(yè)級(jí)應(yīng)用。

在vmware vSAN案例中將用于緩存的英特爾P4610 TLC SSD替換為兩塊傲騰固態(tài)盤P4800X 375GB后，系統(tǒng)的各項(xiàng)讀寫性能、延遲也都有明顯提升，對(duì)寫入性能的提升效果尤其明顯。

除了加速，在vmware vSAN、微軟的Azure、Cisco HyperFlex等企業(yè)級(jí)應(yīng)用中還需用到緩存。目前緩存的作用主要有直寫、寫回、寫緩存、讀緩存四類。同樣在之前的一些配置中，用戶往往使用傳統(tǒng)的TLC SSD作緩存，如在這個(gè)vmware vSAN案例中用戶采用兩塊1.6TB的英特爾P4610 TLC SSD作緩存，而在將緩存替換為兩塊傲騰固態(tài)盤P4800X 375GB后，系統(tǒng)在75%讀、25%寫或25%讀、75%寫環(huán)境下的隨機(jī)4KB性能都提升了134%以上，同時(shí)隨機(jī)4KB讀寫延遲也降低了55%～61%，此外采用傲騰固態(tài)盤進(jìn)行緩存的系統(tǒng)在純粹的隨機(jī)4KB寫入性能上有近60%的提升，在順序?qū)懶阅芊矫嬉灿?0.09%左右的提升，可以說進(jìn)步是全方位的，對(duì)寫入性能的提升效果尤其明顯。除了性能，可以看到盡管相同容量下傲騰固態(tài)盤的售價(jià)高于NAND SSD，但在實(shí)際應(yīng)用中，只需兩塊375GB傲騰固態(tài)盤就能取得比兩塊1.6TB TLC SSD還好得多的效果，因此采用傲騰固態(tài)盤并不會(huì)增加用戶的使用成本，反而能提升系統(tǒng)的性價(jià)比。此外需要注意的是，不管緩存用于讀還是寫，里面經(jīng)常都需要刷新存放新的數(shù)據(jù)，因此對(duì)緩存的寫壽命要求其實(shí)也是很高的，所以壽命更高的傲騰固態(tài)盤更適合用作緩存。

熱數(shù)據(jù)放傲騰 存儲(chǔ)效率高得多

用戶產(chǎn)生的數(shù)據(jù)一般分為熱數(shù)據(jù)、溫?cái)?shù)據(jù)和冷數(shù)據(jù)等3個(gè)不同層次

最后再讓我們看看傲騰固態(tài)盤在T（Tiering，應(yīng)用分層）中的使用情況。在實(shí)際存儲(chǔ)中，用戶的數(shù)據(jù)往往分為熱數(shù)據(jù)、溫?cái)?shù)據(jù)和冷數(shù)據(jù)等3個(gè)不同層次。一般而言熱數(shù)據(jù)與溫?cái)?shù)據(jù)都是需要立即處理或經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)，要求用戶采用高性能存儲(chǔ)設(shè)備以實(shí)現(xiàn)快速訪問，而冷數(shù)據(jù)則是不經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)。常見的分層存儲(chǔ)方案包括NUTANIX、PowerMax、Storwize、Hardoop、DDN等，接下來我們就以Hardoop為例，向大家介紹傲騰固態(tài)盤參與分層存儲(chǔ)能起到什么作用。

將熱數(shù)據(jù)單獨(dú)存放在傲騰固態(tài)盤里可以為存儲(chǔ)系統(tǒng)帶來更低的訪問延遲，更高的使用壽命，避免HBA控制器對(duì)性能產(chǎn)生影響。

在這個(gè)Hardoop案例中，用戶之前采用HBA控制器連接SATA SSD來存放所有的熱數(shù)據(jù)與冷數(shù)據(jù)。而在采用傲騰固態(tài)盤的方案里，我們將YARN TEMP數(shù)據(jù)全部取出，單獨(dú)存放在傲騰固態(tài)盤里。YARN TEMP是一類典型的熱數(shù)據(jù)，修改訪問頻率非常高，但最終也會(huì)落盤進(jìn)行持久存儲(chǔ)。其他冷數(shù)據(jù)則繼續(xù)通過HBA控制器存放在SATA固態(tài)盤中。經(jīng)過這樣的改動(dòng)后，數(shù)據(jù)的訪問延遲得到大幅降低，吞吐量得到有效提升。同時(shí)整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)的寫入壽命也有明顯改善，不再受限于SATA固態(tài)盤每天只能執(zhí)行0.7～1DWPD寫入量的限制。此外，HBA控制器或RAID控制器因?yàn)閮H存放冷數(shù)據(jù)，所以它們不會(huì)拖累、影響系統(tǒng)訪問熱數(shù)據(jù)的性能，這樣一來Hardoop集群的存儲(chǔ)性能就能獲得很大提升。

將熱數(shù)據(jù)單獨(dú)存放在傲騰固態(tài)盤里，可以有效大幅增加工作效率、吞吐量，并將性價(jià)比提升19%。

比如在實(shí)際的TeraSort應(yīng)用場(chǎng)景下，任務(wù)的完成時(shí)間從之前的19分20秒縮短到13分48秒，任務(wù)消耗時(shí)間減少了28%。在執(zhí)行TeraSort負(fù)載的吞吐量則從736MB/s提升到1032MB/s，提升幅度達(dá)40%。當(dāng)然更值得關(guān)注的是，經(jīng)過以上改進(jìn)后的性價(jià)比也得到了明顯提升。以“吞吐量/總成本”進(jìn)行對(duì)比，改進(jìn)后用戶每一美元所能買到的吞吐量比改進(jìn)前每一美元能買到的吞吐量提升了19%。顯然加入傲騰存儲(chǔ)產(chǎn)品后，在T（Tiering，應(yīng)用分層）中也能為用戶同時(shí)帶來性能提升、性價(jià)比更高的好處。

綜合以上A（Accelerating，加速）、C（Caching，緩存）、T（Tiering，促進(jìn)應(yīng)用分層）三類常見用途實(shí)例來看，用戶只需要簡(jiǎn)單地替換NAND SSD或加入傲騰固態(tài)盤就能獲得更高的性能，并有效控制成本。顯然，當(dāng)NAND SSD遭遇技術(shù)瓶頸時(shí)，采用像傲騰固態(tài)盤這類基于新型存儲(chǔ)介質(zhì)，并在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)突出的產(chǎn)品就是企業(yè)提升生產(chǎn)效率、降低成本的高效利器。

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