サーバーおよびRAIDアレイ用のソリッドステートドライブ（SSD）の選択肢の機能

「サーバードライブを使用してRAIDアレイを構築することの利点と利点は、節約する価値があり、いつですか？」という出版物で約束されているように、ソリッドステートドライブの選択の問題について詳しく説明します。 しかし、最初は少し理論。



ソリッドステートドライブ（SSD）は、最小レイテンシ（読み取りまたは書き込み操作の開始前のレイテンシ）と多数のIOPS（1秒あたりの入出力操作、1秒あたりのI / O操作）を確保することに重点を置いたドライブです。 SSDを選択すると、ユーザーは主に、問題を解決するためにドライブがどれだけ速くなるかと、ドライブ上のデータストレージの信頼性に集中します。



ソリッドステートドライブはメモリのアレイを形成するNANDマイクロ回路で構成されていますが、可動部品や機械的摩耗がないため、HDDの欠点がありません。これにより、高性能と最小のレイテンシが実現します（ハードドライブでは、主な遅延はヘッドの位置決めに関連します） 。 各メモリロケーションは、特定の回数だけ上書きできます。 読み取り操作はSSDの摩耗に影響しません。 主に3つのタイプのNANDチップが使用されます：SLC（シングルレベルセル）、MLC（マルチレベルセル）、TLC（スリーレベルセル）-シングルレベル、マルチレベル、および3レベルセルのチップ。 したがって、SLCのセルは、MLC 00、01、10、または11（2ビットの情報を格納）、TLC 000、001、010、011、100、101の2つの電圧値0または1（1ビットの情報を格納可能）、 110または111（3ビットを格納）。 セルが取り得る値が多いほど、この値の誤った読み取りの可能性が高くなり、エラー修正に時間がかかり、ドライブがより多くの情報を保存できることが明らかになります。 このため、TLCはより多くのECC（エラー修正コード）を必要とします。 同時に、書き換えサイクルの数は、情報ストレージの密度の増加とともに、SLCで最大に減少します。したがって、このメモリは、2つの値のいずれかを読み取る方がはるかに簡単であるため、最速です。



次に、チップ自体の機能について少し説明します。 NANDメモリは、フラッシュドライブで使用されるNORとは異なり、コスト効率が高く、いくつかの長所と短所があります。 利点は、はるかに大きなアレイ容量、より効率的な順次読み取りの可能性です。 欠点は、ページネーションモード、データへのランダムアクセスの欠如、セル内の高密度データ記録による追加エラーの出現です。 各NANDチップは512または256 KBのページに分割され、同様に4 KBのブロックに分割されます。 空のページであれば、個別のページの読み書きが可能です。 ただし、情報が投稿されると、ページのブロック全体が消去されるまで上書きできません。 これは主な欠点であり、NANDチップの書換えサイクル数は限られているため、記録効率とドライブの摩耗に大きな影響を及ぼします。 すべてのセルの均一な摩耗、ドライブの均一な廃棄を確保するために、コントローラーは記録時に記録データを場所から場所へ移動し、それによってSSDの動作に対するWAF（書き込み増幅係数）の影響を増加させます。これにより、真に記録された情報の量はユーザーが記録した論理量よりもはるかに大きくなります、その結果、ランダム読み取りの割合が減少します。 実際、データは場所から場所へ複数回移動されます。再記録の前にメモリ内の情報を消去する必要があり、WAFアルゴリズムをより効率的に実装するほど、ドライブの寿命が長くなります。



オーバープロビジョニング技術により、記録/ダビングに関連する主な欠点を最適化し、パフォーマンスを向上させ、ドライブの寿命を延ばすことができます。 それは、各ドライブにユーザーがアクセスできない領域が割り当てられ、コントローラーがデータを移動するために使用する領域が割り当てられ、それによってセルの摩耗インジケーターを調整するという事実にあります.4KBセルを消去するには、セルの行全体（256または512 KB）を消去する必要があるためですこれは、記録のために主に未割り当て領域を使用して、バックグラウンドで実行する方が論理的です。 OPエリアが大きいほど、コントローラーが割り当てられた機能を実行しやすくなり、WAFが少なくなり、書き込みと読み取りがランダムになります。 製造元は、PRの下でドライブのボリュームの7％から50％にレイダウンします。これにより、書き込み速度が大幅に増加します。これは、下のグラフ（PR 0％、12％、25％、50％）からわかります。













グラフから分かるように、生産性はすでに25％以上のORで大幅に向上しています。 SSDのほとんどのメーカーではこれらのパラメーターを管理できますが、Samsungにはこれらの目的に役立つユーティリティもあります。







サーバーストレージとデスクトップストレージの違いは何ですか？ 最も重要な違いは、連続記録操作の効率であり、これは主にチップのタイプ、使用されるアルゴリズム、およびメーカーによって割り当てられたオーバープロビジョニング領域によって決まります。 たとえば、Intel 320シリーズの場合、オーバープロビジョニングはチップの容量の8％であり、Intel 710の場合、ドライブには同じタイプのチップが搭載されているようです（42％）。 さらに、 Intelは、パーティションの作成時に少なくとも20％をオフのままにしておくことをお勧めします。これにより、42％が既に割り当てられているサーバードライブでも、オーバープロビジョニングで自動的に使用できます。 これにより、WAFが減少し、記録パフォーマンスが最大75％向上するため、ドライブの寿命が最大3倍に延長されます。



しかし、デスクトップドライブとサーバードライブの根本的な違いは何ですか？ Intel 320および520ドライブを優れたデスクトップソリッドステートドライブとします。後者は、LSI SandForceコントローラーの形式のトリックを使用します。これは、記録されたデータを圧縮し、圧縮形式でドライブに転送するため、記録速度が向上します。 そして、それらをサーバードライブIntel 710シリーズと比較してください。



Inteは他のメーカーとは異なり、十分に詳細かつ正直に技術仕様を記述しており、ドライブを使用するさまざまなモードでのパフォーマンスを常に知ることができます。 そのため、一部のモデルが既に製造中止になっていて、新しいモデルがある場合でも、比較のためにそれらを選択しましたが、これはポイントではありません。 私たちの目標は、更新に関係なく、あまり変わらない選択の違いと原則を理解することです。



http://ark.intel.com/en/products/56563/Intel-SSD-320-Series-120GB-2_5in-SATA-3Gbs-25nm-MLC-私たちは見て、それを見ます：



ランダム読み取り（8GBスパン）-38,000 IOPS

ランダム読み取り（100％スパン）-38000 IOPS

ランダム書き込み（8GBスパン）-14,000 IOPS

ランダム書き込み（100％スパン）-400 IOPS



つまり、オーバープロビジョニングのために容量の90％以上を占める120 GB SSDドライブで8個しか占有しない場合 、 すべてのスペースを使用すると、ランダム書き込みパフォーマンスは14 KIOPSになり、 400 IOPSになりますランダム記録の場合、パフォーマンスは35倍低下し、優れたSASディスクのペアのレベルになります。



次に、 http：//www.intel.com/content/dam/www/public/us/en/documents/product-specifications/ssd-710-series-specification.pdfを検討してください。容量、記録速度はかなりまともです-2700 IOPS、オーバープロビジョニングの下で​​容量の20％が存在する場合、4000 IOPSに増加します。 この結果は少しですが、単純に言えば、High Endurance Technology（HET）を備えた別のメモリです。これは選択メモリの使用です。 異なる記録アルゴリズムを備えた別のファームウェアも使用されます。これにより、エラーの数を減らし、ドライブの寿命を延ばすことができます。 そして非常に重要なこと-空き領域をクリーニングするための別のアルゴリズムが使用されます。 このため、パフォーマンスは、ほぼ常にほぼ一定のレベルで継続操作中に維持され、ディスクは常にバックグラウンドクリーニングとデータ配布の最適化を受けます。 デスクトップのIntel 320では、クリーニングプロセスが継続的に行われないため、連続操作中に多少低下する場合があります。



結論-デスクトップディスクは、少量のデータでかなりの期間存続し、オーバープロビジョニングの下で​​大きなスペースがある場合、かなり良い結果を提供できます。 いつ利益が出るのか？ 同じ1Cのデータベースがあり、10〜20人のユーザーにアクセスする必要があるとします。 ベースの容量は4 GBです。 ドライブの容量の90％以上をオーバープロビジョニングに割り当て、必要なものだけを、わずかなマージン（8 GBなど）でマークアップします。 その結果、非常に優れた信頼性の指標を備えた、非常に優れたパフォーマンスと費用対効果のソリューションが得られました。 もちろん、40〜50人の1Cユーザーの場合、サーバードライブを使用することをお勧めします。継続的な負荷では、デスクトップSSDのパフォーマンスが低下するためです。



次に、SandForceなどのコントローラーを備えたドライブについて詳しく説明します。 http://download.intel.com/newsroom/kits/ssd/pdfs/intel_ssd_520_product_spec_325968.pdfの特性を確認した後、Intel 520は圧縮データに最適なオプションであると結論付けましたが、記録には最大80,000 IOPSを提供します。ビデオなどの非圧縮データの場合、パフォーマンスは大幅に低下し、13 KIOPS以下になります。 とりわけ、小さな脚注（番号2）は、このような素晴らしい書き込み速度（80 KIOPS）は、8 GBのみが割り当てられている場合にのみ達成可能であることを示しています。これは、180ギガバイトのドライブの場合、容量の約3％にすぎません。残りはオーバープロビジョニング用に予約されています。その結果、このディスクは小さなデータベースやテキストファイルでもうまく機能すると結論付けることができます。ビデオなどの非圧縮データをすばやく記録する必要がある場合は、本格的なサーバーを使用することをお勧めします RER。



また、320シリーズはデスクトップと見なされますが、実際にはセミサーバーのものであることに注意してください。ドライブにはスーパーキャパシタが含まれているため、停電の場合にディスク自体のキャッシュからデータを保存できます。 しかし、520にはこれがありません。 したがって、ドライブを選択するときは、このような機能に注意を払うことが非常に重要です。 したがって、320シリーズは520シリーズよりも遅くなりますが、より信頼性が高くなります。



他の人気メーカーであるシーゲイトとキングストンのドライブについて話すのは公平でしょう。 それらはどう違うのですか？ Seagate Pulsarは、上記で検討したドライブとは異なり、SATAではなくSASインターフェイスを備えており、これが主な利点です。 SATAインターフェースを備えたSSDにはドライブ上にデータ安全コントローラーがあり、コントローラー自体にデータ安全コントローラーがありますが、転送フェーズ中にデータに何が起こるかは十分に監視されていません。 SASインターフェイスはこの問題を解決し、伝送チャネルを完全に制御します。同じ干渉によるエラーが発生した場合、SATAインターフェイスは修正しますが、修正しません。 さらに、512バイトではなく520バイト、8バイトのパリティが書き込まれる場合、SASインターフェイス自体の信頼性を利用します。 とりわけ、SASインターフェースの二重化を利用できますが、使用できる場合は、別の出版物でカバーする方が良いでしょう。



Kingstonシリーズのドライブに関しては、これらは信頼性の高いドライブであるだけでなく、非常に生産的でもあります。 最近まで、Intel 3700が市場に登場するまで、サーバーシリーズは最速の1つでしたが、同時にこれらのドライブの価格は非常に快適で、価格/パフォーマンス/信頼性の比率がおそらく最適です。 この理由から、販売を開始 したオランダの 「新しい」ラインのサーバーでは、これらのドライブを提案しました。そのため、これらのドライブを備えたサーバーは非常に少なく、かなりお得な価格を提供します。







これらのドライブでは、32 GBの8つのチップがそれぞれ256 GBの合計ボリュームを形成し、容量の約7％がオーバープロビジョニングに割り当てられ、1つのドライブの正味割り当て量は240 GBになります。 SandForceコントローラーは、圧縮データ、つまりデータベースを操作する際のパフォーマンス向上にプラスの影響を与え、多くの場合、顧客の95％のIOPS要件を満たしています。 非圧縮データまたはビデオなどの大きなエントロピーを持つデータの場合、ユーザーは主に記録よりもコンテンツの配信にそれを使用し、読み取りパフォーマンスはそれほど低下しないため、ほとんどのユーザーのニーズを満たし、さらに多くを提供する必要がある場合記録パフォーマンス-オーバープロビジョニングを増やすだけです。 グラフからわかるように、オーバープロビジョニングの増加による圧縮なしのデータ（エントロピー100％）のパフォーマンス向上、最大：







メーカーの誠実さは注目に値します。テストは非常に保守的です。 そして多くの場合、実際の結果は保証よりも10〜15％高いことが判明しました。



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チャンネルだけでなくトラフィックも増やすことができ、アップグレードは非常に手頃な価格で利用できます。



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RAIDアレイでのソリッドステートドライブの使用については、RAIDでの使用の機能については繰り返しません。魔法の著者の記事amaraoがあります。これはSSD + raid0を読むことをお勧めします。 それほど単純ではなく 、完全な理解に役立ちます。 同じ記事で、組み込みRAIDコントローラーを既に使用しているPCI-Express SSDについて少しお話しします。 非常に迅速なソリューションを構築するタスクの場合、たとえば、ロードされた課金システムの場合、そのようなドライブは、記録などに数百のKIOPSを提供でき、非常に重要なことに、非常に低いレイテンシを実現できるため、かけがえのないものです。 ほとんどのソリッドステートドライブのレイテンシが65マイクロ秒以内であり、ハードドライブのレイテンシよりも10〜40倍速い場合、トップエンドのPCI-Express SSDは25マイクロ秒以下の値、つまりRAMの速度とほぼ同等です。 もちろん、PCI-Expressインターフェース自体により、RAMと比較してパフォーマンスが低下しますが、すぐにレイテンシの顕著な改善が期待されます。



PCI-Expressインターフェースを備えたドライブの容量は、「メモリバンク」によってダイヤルされます。ボードには、SandForceチップとハードウェアRAIDコントローラーが既に搭載されています。 つまり、すでに25キロ秒の反応速度と100 KIOPSを超える書き込み速度を持つミラーであり、非常に高い信頼性を備えています。 このようなドライブの有効容量は通常小さく、100GBになる場合があります。 価格も非常に印象的です（7000-14000ユーロ）。 ただし、既に説明したように、ロード済みの課金システム、完全にロードされたデータベース、および大企業で1Cアカウンティングレポートを迅速に生成することを目的とする場合（建物の速度はほぼ2桁増加し、100倍高速）-このようなソリューションはかけがえのないものです。



これまでのところ、需要は非常に限られており、誰もが生産性のためにこのような印象的な金額を支払うことに同意するわけではないので、長期レンタル保証付きのカスタムメイドのサーバーでのみそのようなソリューションを提供できますが、これは誰にとってもお勧めできません おそらく後で、別の出版物で、ビジネス加入者からの対応する関心がある場合、そのようなソリューションをより広範囲に検討します。