フラッシュの未来：IBM FlashSystem

時間はビジネス、特にミッションクリティカルなビジネスアプリケーションの重要な要素です。 映画アポロ13を見た人、またはこの不運な宇宙飛行を思い出した高齢者は、重要なシステムが故障したときに何が起こるかを知っています。 映画の筋書きによると、3人のアメリカ人宇宙飛行士が月に行きますが、宇宙船は爆発して深刻な被害を受け、彼らは奇跡的にしか生き残れません。 宇宙飛行士は、英雄的な努力とわずかな運のおかげでしか帰国できません。 幸いなことに、重要なビジネスアプリケーションの障害の結果がそれほど深刻になることはめったにありません（たとえば、集中治療室、航空交通管制サービスなどのサービスや機関の仕事に依存するアプリケーションと比較して）。 しかし、一方で、そのようなアプリケーションの失敗は会社の実行可能性に直接影響します。システムが問題なく機能している場合、会社は経済的に健全であり、そうでない場合、浮上することは困難です。





ビジネスに不可欠なアプリケーションには、ビジネスインテリジェンス（BI-ビジネスインテリジェンス）、オンライントランザクション処理（OLTP）、オンライン分析処理（OLAP）、仮想作業インフラストラクチャなど、さまざまなタスクのアプリケーションが含まれます。デスク、高性能コンピューティングシステム、コンテンツ配信アプリケーション（クラウドストレージシステム、オンデマンドビデオ配信など）。 これらの重要なタスクはすべて1つにまとめられています。それは、管理、従業員、顧客、およびその他の主要なビジネスパートナーが必要な情報にアクセスする速度に依存するためです。



機密データへの迅速なアクセスと処理に失敗すると、ビジネスおよび財務上の重大なリスクにつながります。 特に、そのような遅延は以下を引き起こします：



-状況をタイムリーかつ正確に評価できない-重要なデータに適切なタイミングで適切な場所にアクセスしないと、人々は何が起こっているのか全体像を見ることができず、その結果、間違った決定を下し、完全に不必要なミスを犯します。



-業績を予測する能力の急激な低下-個々のプロジェクト、個別の活動領域、および会社全体のレベルでの財務予測の品質は、最も正確なデータをタイムリーに受信する能力に依存します。 そのようなデータにアクセスしないと、会社はそれらのデータを分析できず、その活動に悪影響を及ぼします。



-顧客の不満の高まり-多くのセクター（金融サービス、医療、観光など）で、特に現代のクライアントは24時間年中無休でサービスを期待しているため、サービスの品質は関連情報への即時アクセスの可用性に直接依存します週と365日。 これらの条件下では、顧客に必要な情報を迅速に提供できないということは、利益の損失を意味するだけでなく、多くの場合、顧客の損失、さらには市場シェアにさえつながります。



-大量の情報、多様性、情報フローの速度-データ量の爆発的な増加は、多くの企業の主要なアプリケーションのパフォーマンスの必然的な低下につながります。 遅延の増加はユーザーの不満の原因となり、企業は機会を逃しています。



システムの機能、実装時間、拡張性、およびコストの最適な組み合わせを持つこれらの問題の解決策を探しているIT部門の責任者は、あなたがうらやましくはないでしょう。 最終的に、正しい決定が明らかでない場合があります。



問題の声明（ヒント：プロセッサ速度は間違った答えです）



原則として、IT部門は、主にプロセッサとメモリを追加またはアップグレードすることにより、システムのスローダウンに対応します。 ただし、あまりにも頻繁に、このアップグレードによるパフォーマンスの向上はわずかですが、コストは高くなります。 少なくともデータベースでは、多くの場合最初の方法に関連付けられている2番目の方法は、SQLステートメントを最適化することです。 企業はそれに何百万ドルも費やし、結果を得ることができます。 しかし、彼らは、最も理想的なデータベースがデータストレージシステムの低速に対して無力になるという事実を見落としています。つまり、後者が問題の原因であることが多いのです。



実際、アプリケーションのパフォーマンスの問題の根本的な原因は、多くの場合、プロセッサの速度やメモリ不足ではなく、ストレージシステムにあります。 プロセッサがストレージシステムからの情報を待機してアイドル状態になると、貴重な時間とリソースが無駄になります。 また、過去20年間でプロセッサの処理能力が飛躍的に向上したという事実を考えると、このダウンタイムはますます増えています。 簡単に言えば、最新のプロセッサのコンピューティングリソースは、ハードドライブがデータを配信できる速度をはるかに超えています。 このパフォーマンスのギャップは、I / O操作の数が通常他のシステムよりもはるかに多いデータベースサーバーで特に深刻です。 その結果、ハードドライブ上のデータへのアクセスには数ミリ秒かかるため、超高速プロセッサと巨大な帯域幅がフルキャパシティから遠く離れて使用されることがよくあります。 サーバーがストレージシステムからのデータを長時間待機する場合、ユーザーはサーバーからの応答を長時間待機します。 これは、低I / O操作の問題の実際の原因です。



この問題は、純粋に物理的な原因によるものです。 ソリッドステートドライブおよびネットワークを介したデータの移動は、電気回路の電流の速度に匹敵する速度、つまり実際には光の速度で発生しますが、ハードドライブはプレートを回転させることで情報を読み取る機械的なデバイスです。 したがって、信頼性とパフォーマンスのすべてを備えたハードドライブは、アクセス速度の点で、情報転送チェーンの中で最も弱いリンクです。



HDD速度の問題に対する従来の回避策の欠点



特に、JBODアレイ（ディスクの束-ディスクのセットのみ）またはRAID（独立したディスクの冗長アレイ-独立したディスクの冗長アレイ）を作成することにより、いくつかの方法でハードドライブの非効率性によるパフォーマンスの問題を解決しようとします。 ディスクの数が増えると、データベースによって実行されるI / O操作を複数のディスクに分散することが可能になります。 残念ながら、これにより、HDDのパフォーマンスがあまり高くありません。



頻繁に使用されるファイルを別のドライブに移動することも慣習です。 この場合、1つのディスクのI / O速度は実際には最大になりますが、最大であってもこの速度は依然として低速です。 最良の場合、1つのハードドライブは、追加機能を使用せずに〜200を生成し、1秒あたりの入出力操作（IOPS-1秒あたりの入出力操作）は、プロセッサとHDD間のパフォーマンスギャップを削減できる速度よりも数倍低くなります。



HDDのパフォーマンスを向上させる3番目の伝統的な方法は、JBODをRAIDに置き換えることです。 結果としてパフォーマンスは本当に向上します。特に、大きなキャッシュを使用してディスクをコントローラーに接続すると、異なるディスクにデータが分散されます。 しかし、同時に、ユーザーが期待する高速のI / O操作を実現するには、コスト、占有スペース、消費電力、熱放散、および重量が許容できないほど多くのディスクが必要になります。



回答：フラッシュベースのストレージシステムのみ



サーバーの処理能力とハードドライブ上のストレージシステムのパフォーマンスギャップ、特にミッションクリティカルなビジネスアプリケーションで深刻なパフォーマンスギャップには、根本的に異なる、より高速なストレージシステムが必要です。



フラッシュメモリに基づくストレージシステムは、入出力操作の速度が不十分な問題を解決するために設計されたソリッドステートドライブを備えたデバイスです。 データアクセスと入出力操作の速度は、ハードドライブの速度よりも何倍も優れています。 これらのストレージシステムは、ERPシステム、トランザクションデータベース、分析アプリケーション（ビジネスインテリジェンスなど）を含む多くのミッションクリティカルなビジネスアプリケーションの従来のハードドライブアレイを補完または完全に置き換えることができます。 さらに、これらの新しいデバイスの価格は徐々に低下しているため、今日では、1つのフラッシュメモリに基づいてストレージシステム全体を構築することが可能です。



広義の意味では、ソリッドステートドライブ（SSD）は、機械的なコンポーネントのないデータ入出力デバイスを指します。 ただし、最近では、SSDという用語は主に、従来のハードドライブのフォームファクターを持ち、それを置き換えるソリッドステートドライブを指すために使用されています。 このフォームファクタのSSDをフラッシュベースのストレージシステムと混同しないでください。 このようなSSDのインターフェイスとコントローラーは、固有のHDDアクセス遅延と帯域幅制限に基づいて作成された従来のハードドライブテクノロジーに基づいています。 フラッシュメモリに基づくストレージシステムは、最初にこのテクノロジーの機能と高速FPGAコントローラーに基づいて開発され、レイテンシを最小限に抑え、スループットを最大化することを目標としています。



最新のフラッシュストレージシステムでは、アクセス速度がハードドライブよりも250倍速いため（0.2ミリ秒対5秒）、I / Oレイテンシが短縮されます。 そして、アクセス速度の向上により、フラッシュメモリはHDDの1秒間に2,000倍のI / O操作を発行できます（200に対して400,000以上のIOPS）。 このような改善により、ストレージシステムの速度低下による情報へのアクセスの遅延を劇的に減らすことができます。



フラッシュドライブテクノロジーの導入または既存のディスクの交換により、任意のアーキテクチャのサーバーは、単位時間あたりに実行されるタスクの数に関してCPU容量を増やすことができます。 そのため、IBM Power Systemsの例を使用すると、Oracleデータベースを使用した場合のサーバーパフォーマンスの向上は、オープンテストで最大40％に達し、既存のインフラストラクチャの有効利用率を大幅に向上できます。 つまり、構成を変更しないサーバーは、同じ期間に40％以上の要求を実行できます。



IBM FlashSystemファミリー



IBMは、フラッシュメモリを戦略的に重要なストレージテクノロジと見なし、フラッシュメモリのみに基づいたストレージシステムの開発の最前線を目指しています。 （このポリシーの結果の1つは、強力で信頼性の高いフラッシュストレージシステムのハイエンドメーカーであるTexas Memory Systems（TMS）を2012年10月に購入したことです。）



IBM FlashSystemのターゲットを絞った使用により、企業は柔軟性を高め、分析をより効率的に行うことができます。スタッフは、大きな遅延ではなく、リアルタイムで常に最新の情報をすばやく受信できます。 さらに、このシステムは、データセンターの最適化とリソースの統合を支援し、ビジネスプロセスと重要なアプリケーションの効率を向上させます。 システムの安定性を向上させ、パフォーマンスと利用可能な容量を失うことなく。



フラッシュ専用ストレージシステムは、以前のすべてのストレージテクノロジーよりも多くの容量を備えています。 これは、停電の場合にDDRキャッシュをコピーするために追加のバッテリーを必要とせず、多数の高価なDDRメモリモジュールを必要としないためです。 必要なDDRメモリの量は最小限です。動作中にフラッシュメモリとメタデータストレージの書き込みバッファとして機能します。 停電中に小さなキャッシュとメタデータをフラッシュメモリにコピーするために必要な電力は、小さなバッテリーで供給されます。 57テラバイトのアドレス可能なメモリと高可用性を備えたフラッシュ専用ストレージシステムのサイズはわずか2Uです。



IBM FlashSystem製品は、マルチレベルクラスMLCのメディアタイプを使用して、SLCより劣らない有効期間とパフォーマンスのインジケーターを取得できるFlashCoreテクノロジーを使用します。



FlashSystemストレージシステムは、100マイクロ秒未満のレイテンシで毎秒1,000,000回の読み取りが可能で、非常にコンパクトなので、最大57 TBの容量のデバイスを1つの2Uベイに配置できます。 別の重要な利点は、企業にとって必須の高レベルの可用性と信頼性です。コンポーネントの不在は、システム全体の障害につながるコンポーネントの欠如、データ修正のいくつかのレベルの存在、「ホットスワップ」をサポートする冗長なマイクロサーキットとコンポーネントです。



IBM FlashSystem製品は、競合他社の中で最も低いレイテンシと最も高いIOPSを持ち、総所有コストの面で魅力的です。 個々のパラメーターを比較するのではなく、応答時間とI / O操作の数の組み合わせを比較することに注意してください。 いわゆるストレージシステムとして使用できます。 レベル0（ティア0、つまり、従来のティア1レベルの能力を超える-企業の主要タスクに必要なデータストレージシステム）とSVC（IBM System Storage SANボリュームコントローラー）の組み合わせ。 また、IBM FlashSystemは、ミッションクリティカルなビジネスアプリケーションのパフォーマンスが冷却、低消費電力、コンパクトサイズに直接依存している場合に特に役立ちます。 現在、IBM FlashSystem 900とIBM FlashSystem V9000の2つの主要モデルが紹介されています。 最初のシステムは2ユニットを占有し、高いパフォーマンスを提供し、2番目のシステムは6Uを占有し、高性能に加えて、一連のハイエンド機能を備えています。 これにより、ボリュームの使用を最適化し、負荷をより効率的に分散し、データセンター内および地理的に分散したストレージクラスターを作成できます。 近日中に、提案されたシステムのポートフォリオを増やし、IBM FlashSystemラインに機能を追加する最新の開発を開始する予定です。



IBM FlashSystemの経済的利点



フラッシュメモリのみに基づくストレージシステムには、技術的な利点だけでなく、HDDに基づく従来のシステムと比較して多くの経済的利点もあります。 たとえば、IBM FlashSystemストレージシステムのソフトウェアライセンスのコストは、HDDベースのシステムよりも50％低くなっています。



さらに、データストレージのサイズがはるかに小さく、密度が高いため、フットプリントを大幅に削減できます。 上記のように、57テラバイトのアドレス可能なメモリと高可用性を備えたフラッシュ専用ストレージシステムのサイズはわずか2Uです。 したがって、1つのラックに1ペタバイト以上の容量のシステムを配置できます。



フラッシュのみのストレージシステムは、同等のHDDベースのシステムよりもはるかにエネルギー効率が高く、エネルギーコストは75％低くなります。



-IBM FlashSystemのソフトウェアライセンスのコストは、HDDベースのシステムよりも50％低くなっています。

-IBM FlashSystemは、HDDと比較して、スペースを大幅に削減し、エネルギーを最大75％節約します。

-フラッシュベースのシステムの運用サポートのコストは、HDDよりも35％低い

-フラッシュメモリのみに基づくデータストレージシステムの総コストは、HDDのコストよりも31％低い



フラッシュに切り替え



フラッシュメモリの最大の利益と経済効率の鍵は、その戦略的な使用です。 フラッシュベースのストレージシステムは多くのアプリケーションに役立ちますが、すべてのアプリケーションには役立ちません。 まず第一に、それは企業の主要なアプリケーションに必要です。 最適な総所有コストでユーザーを満足させる高いアプリケーションパフォーマンスの鍵は、フラッシュのみのストレージシステムへのアップグレードから恩恵を受けるアプリケーションと、組み合わせに基づいて十分な従来のHDDベースのシステムまたはハイブリッドシステムを持つアプリケーションを識別する能力にありますこれらの技術。



通常、アプリケーションのパフォーマンスの低下は、大量の同時かつ多くの場合非常に複雑なデータベースクエリに関連しています。 この場合の弱点がI / Oサブシステムである場合、最も高い負荷で動作し、I / O操作の遅延を引き起こすデータベースコンポーネントを識別する必要があります。



場合によっては、データベース全体がフラッシュベースのストレージシステムに移行されます。 通常、これは、最も頻繁に使用されるファイルのサブセットを分離できない場合に、標準の大量の同時クエリまたはすべてのデータベーステーブルへの定期的なランダムアクセスを持つデータベースです。



中小規模のデータベースもフラッシュストレージシステムへの転送に適しています。そのようなソリューションは、特にRAIDシステムと比較して非常に魅力的であるためです。 同じことは、多数の読み取り要求がある大規模なデータベースにも当てはまります。



フラッシュメモリを使用する他の理由は、HDDからの大きなディスクアレイの欠点です。たとえば、大きなフットプリントや高電力消費などです。