Jak vybrat správné SSD pro firemní využití

"Pokud se podíváme na analytiky publikovaná data od všech výrobců, tak se letos jen během druhého čtvrtletí celosvětově prodalo 6,5 milionů kusů Enterprise SSD disků s rozhraním NVMe," říká Marcin Gaczor, zástupce společnosti Kingston pro Českou a Slovenskou republiku. "Když k tomu přičteme i SATA Enterprise SSD disky, bavíme se o necelé desítce milionů nakoupených podnikových SSD všech značek. Pokud srovnáme stejná data v kategorii Enterprise (NVme) ve stejném období, tak se letos prodal dvojnásobek toho, co minulý rok," dodává.

Objem dat, která společnost generuje, rok od roku roste geometrickou řadou. "Nemyslím si, že jde pouze o výkyv. Tato zvýšená poptávka přetrvá v průběhu příštích několika let. Nesmíme totiž zapomenout na přípravu budování sítě 5G. I tato výstavba vede ke zvyšování poptávky, data v 5G síti jsou ultrarychlá. Aby se výhody 5G vůbec využily, budou potřeba nová datová centra nebo navýšení lokálních kapacit," říká Marcin Gaczor.

i Zdroj: PCTuning.cz

S rostoucím počtem podnikových datových center se zvyšuje poptávka po stále vyšší datové propustnosti s nízkou latencí operací.

Zde právě tradiční pevné disky (HDD) už narážejí na své limity. Proto se hledají účinnější úložná řešení, která dokáží efektivněji a rychleji zpracovávat data, pozitivně ovlivní spolehlivost datových center, a zároveň sníží provozní náklady (OpEx = Operating Expense). To vše nabízejí SSD disky.

Není SSD, jako SSD 

Disky SSD se vyrábějí tak, aby bylo možné je snadno použít jako náhradu nebo doplněk ke klasickým pevným diskům založeným na rotujících magnetických plotnách. Existují v mnoha variantách, včetně tradiční 2,5".

Podle typu konkrétního modelu využívají komunikační protokoly/rozhraní Serial ATA (SATA), Serial Attached SCSI (SAS) a v poslední době i protokol NVMe se sběrnicí PCIe primárně s rozhraním U.2 k přenosu dat do a z centrální procesorové jednotky (CPU) serveru. Jejich snadná instalace ale negarantuje, že všechny SSD disky budou z dlouhodobého hlediska vhodné i pro podnikové využití.

Podnikové SSD disky jsou postavené úplně jinak, než SSD disky pro běžné pracovní stanice nebo notebooky. U serverových SSD se počítá s jinou pracovní zátěží i s jinými požadavky na konstrukci disků. Disky v serverech a datových centrech už jsou připravené na vyšší zátěž, protože u nich není výjimkou stoprocentní cyklus v průběhu 24/7 po celý rok.

Jsou zde i konstrukční rozdíly mezi jednotlivými modely – u SSD i pamětí NAND Flash, takže výběr správného úložného zařízení SSD pro podnikové datové centrum může být dlouhým a komplikovaným procesem určení a vyhodnocení mnoha různých dodavatelů a typů SSD.

Při výběru nesprávného SSD disku se mohou zdánlivě nízké vstupní náklady a očekávaný vyšší výkon často velmi rychle změnit na nevýhodnou investici. Například tehdy, když se disk předčasně opotřebí kvůli nadměrnému zápisu, sníží se trvalý výkon zápisu v průběhu jeho očekávané živostnosti nebo způsobí další latenci v datovém úložišti.

Podnikové odlišují od klientských SSD disků tři hlavní vlastnosti: výkon, rentabilita a výdrž. Právě na ně je třeba se zaměřit, když se rozhoduje o výběru řešení podnikového úložiště nebo datového pole

Výkon

SSD disky mohou poskytovat velmi vysoký výkon čtení a zápisu při sekvenčním i náhodném přístupu procesoru k uloženým datům díky zapojení vícekanálové architektury a paralelního přístupu z řadiče SSD k čipům NAND Flash.

Datové centrum zpracovává najednou miliony náhodných údajů, a to včetně těch datově nejnáročnějších jako je kolaborace v cloudu na technických výkresech a prototypování, analýza seizmických údajů nebo přístupy k celosvětovým údajům o zákaznících bankovních transakcí (jako OLTP, Online Transactional Processing). Proto musejí být paměťová zařízení přístupná s tou nejmenší možnou latencí a být schopná obsluhovat zároveň velký počet klientů, kteří potřebují přístup ke stejné složce současně bez toho, aby se zpomalila odezva. Klienti chtějí přístup ke svým datům hned, každé zpoždějí pro ně znamená omezení v práci.

Datová centra pracují při vytížení paralelně s masivními objemy dat, které vyžadují maximální přenosové rychlosti s tou nejmenší možnou latencí. Musejí být schopná obsluhovat zároveň velký počet klientů, kteří potřebují přístup ke stejné složce současně bez toho, aby se zpomalila odezva. Klienti chtějí přístup ke svým datům hned, každé zpoždějí pro ně znamená omezení v práci. Objemy zpracovaných dat každým rokem násobně rostou, takže adekvátně rostou i nároky na rychlost čtení a zápisu dat v centrech.

Komplexní pole úložiště, které používají SSD disky (např. Network Attached Storage, Direct Attached Storage nebo Storage Area Network), bývají také ovlivněna nerovnoměrným výkonem a mohou způsobit výkyvy v latenci úložiště či trvalém výkonu, a tím pádem i v kvalitě práce pro samotné uživatele.

Na rozdíl od běžných SSD disků bývají proto SSD disky třídy Enterprise optimalizované nejen na špičkový výkon během prvních sekund přístupu, ale díky zapojení větší nadměrné zabezpečené oblasti (OP) umožňují i vyšší trvalý výkon po delší dobu.

Rentabilita

S paměťmi NAND Flash je neoddělitelně spojeno několik problémů, za zmínku stojí dva hlavní:  mají limitovanou životnost, jelikož buňky NAND Flash se opotřebovávají při opakovaném zápisu, a potom je to úroveň výskytu přirozených chyb.  

BER definuje rychlost, s jakou se vyskytují přirozené bitové chyby v NAND Flash bez kódu na korekci chyb (ECC). Ty potom řadič SSD koriguje pomocí Advanced ECC (obvykle se označuje i jako chyba BCH ECC, Strong ECC nebo LDPC) bez narušení přístupu uživatele nebo systému.

Schopnost SSD řadiče opravit tyto bitové chyby je možné interpretovat pomocí Uncorrectable Bit Error Ratio (UBER). Podle definice průmyslových standardů JEDEC z roku 2010 se podniková třída liší od běžných SSD mírou schopnosti podpořit vyšší pracovní výkon, odolat extrémnějším externím podmínkám a zvládnout vyšší BER.

Při využití metodiky UBER navrhované JEDEC pro porovnání podnikových a klientských SSD se očekává, že se u SSD třídy Enterprise vyskytne pouze jedna neopravitelná bitová chyba v poměru na každých 10 kvadriliónů bitů (~ 1,11 petabajtů). U klientského SSD je to jedna bitová chyba za každý zpracovaný 1 kvadrilión bitů (~ 0,11 petabajtů).

Podle Marcina Gaczora využívají Enterprise SSD disky od Kingstonu i další technologie, které umožní obnovu poškozených bloků dat pomocí paritních dat uložených v dalších NAND matricích (podobně jako u disků RAID to umožňuje obnovu konkrétních bloků, které je možné přestavět s uloženými paritními daty v jiných blocích).

V rámci komplexní vnitřní ochrany se na obnovu poškozených datových bloků používají periodické kontrolní součty, Cyclic Redundancy Check (CRC), a oprava ECC chyb, které zaručují integritu údajů od hostitele zpět k hostiteli. End-to-end ochrana dat znamená, že u dat přijatých od hostitele se kontroluje integrita během jejich ukládání do interní mezipaměti SSD a při zápisu či zpětném čtení z úložiště NAND.

Kromě ochrany před bitovými chybami lze SSD disky chránit i fyzickými obvody detekce ztráty energie s kondenzátory napájení přímo v SSD discích. Funkce podpory při výpadku napájení v hardware monitoruje energii přicházející do jednotky SSD a v případě nečekaného výpadku poskytuje dočasné napájení SSD obvodů pomocíh kondenzátorů nebo jiných řešení. To umožní dokončit ukládání dat před úplným vypnutím SSD disků. Obvody pro ochranu před výpadky napájení tak napomáhají korektně uložit všechna zpracovávaná data v extrémním případě výpadku energie.

"To je důvod, proč u většiny Enterprise SSD disků od Kingstonu najdeme technologii On-board power loss protection (PLP) právě s využitím kvalitních tantalových kondenzátorů," říká Marcin Gaczor.

Použití softwarově definovaného úložiště nebo klastrování serverů může snížit rizika v případě selhání napájení hardware, protože data se kopírují na nezávislé úložné zařízení na jiném serveru či serverech. Datová centra od softwarově definovaného řešení ale často ustupují, protože nechtějí ukládat rozsáhlé a nadbytečné kopie stejných dat.

i Zdroj: PCTuning.cz

Výdrž

Paměťová zařízení jako jsou právě SSD disky řešená NAND Flash mají omezenou životnost. S každým zápisem nebo mazáním (Program-Erase cycles) se zkracuje životní cyklus paměťové buňky do té doby, kdy už bloky NAND Flash nejsou schopné spolehlivě data ukládat. V tomto okamžiku se poškozený blok odstraní z uživatelsky přístupného adresáře a adresa logického bloku (LBA) se přesune na novou fyzickou adresu v úložném poli. Nový úložný blok nahradí ten nefunkční pomocí fondu náhradních bloků, které jsou součástí úložiště Over Provisioned (OP) na SSD.

Protože se buňka neustále zapisuje nebo maže, zvyšuje se BER i lineárně. Proto musí být do řadiče podnikového SSD implementována celá řada technologií, aby bylo možné řídit schopnost buňky spolehlivě ukládat data v průběhu celé životnosti SSD. Výdrž počtu P/E cyklů dané paměti se může velmi podstatně lišit, a to v závislosti na aktuálním procesu výroby až po typ vyrobeného NAND Flash.

Enterprise SSD se od běžných SSD liší svým pracovním cyklem. Podniková jednotka SSD musí být schopná odolat velké zátěži – čtení či zápisu, ve scénářích typických pro servery datových center s přístupem k datům 24/7. Proti tomu běžný SSD je obyčejně v provozu okolo osmi hodin denně s pracovním cyklem 20/80 (20 % aktívního času, 80 % v pohotovostním režimu nebo režimu spánku).

Pro měření životnosti a výdrže SSD disku navrhl výbor JEDEC jako jednotnou metriku jednotku Terabytes Written (TBW). Jde o označení množství dat zapsaných v průběhu životního cyklu na SSD disk. Ve chvíli, kdy se NAND Flash v SSD dostane na hranici své životnosti, disk se teoreticky stává nespolehlivým a měl by se okamžitě nahradit.
TBW je samozřejmě pouze model sloužící k hodnocení jednotlivých komponentů, ale pomáhá i tím, že vychází z jednotných testovacích podmínek. Ukazuje také na velký rozdíl mezi podnikovými a běžnými SSD. Třída Enterprise SSD splňuje mnohem vyšší nároky na celkovou životnost a  po dobu životnosti SSD. Další hodnotou, která firmy zajímá je MTBF (Mean Time Between Failure). Všechny podnikové SSD disky by měly mít minimálně jeden milion hodin MTBF, což představuje déle než 114 roků! Kvalitní SSD disky tuto živostnost v realitě daleko překračují, i když jeden milión je více než velkorysé východisko pro životnost podnikových SSD disků. 

Monitorovací funkce a SMART hlášení na SSD discích umožňují přehled o životnosti zařízení i varování před možným selháním s ohledem na aktuální faktor nadměrného zápisu (WAF, Write Amplication Factor) a úroveň opotřebení.  bitové chyby nebo nerovnoměrné rozložení opotřebení. Běžné SSD disky většinou obsahují pouze minimum SMART funkcí, takže se jejich životaschopnost nesnadněji vyhodnocuje.

V závislosti na třídě a kapacitě SSD je možné přidělit zvýšenou rezervní kapacitu NAND Flash paměti i jako rezervovanou záložní kapacitu (OP, Overprovisioning). Ke kapacitě OP nemá přístup ani uživatel, ani operační systém, využívá se jako vyrovnávací paměť k zápisu pro vyšší trvalý výkon a jako náhrada chybných paměťových buněk v době životnosti SSD disku. Dále tak zvyšuje spolehlivost a výkon SSD disku (dodáním většího počtu náhradních bloků).

Enterprise versus koncový uživatel

Životnost 114 let a vysoká míra ochrany před ztrátou dat zní lákavě i pro náročného koncového uživatele. Instalovat si Enterprise SSD do běžného notebooku ale smysl nedává.

"Dnešní běžné SSD jsou ideální i pro velmi náročného uživatele, co se týče výkonu a výdrže. Navíc se s nimi jednoduše pracuje a jsou velmi cenově dostupné. Z trhu ani nevidíme nějakou vysokou poptávku po obřích kapacitách u koncových uživatelů, nejprodávanější jsou dnes SSD disky o velikosti kolem 500GB," říká Gaczor.

Mezi podnikovými a běžnými SSD disky existují další výrazné rozdíly od způsobu ukládání a mazání dat v NAND Flash paměti až po složité techniky správy vyhovující různému pracovnímu zatížení využívaných programů. Poměřovat Enterprise a Client SSD pouze kapacitou a cenou nejde. Je to jiný systém práce s daty, výkonem, spolehlivostí a životností. Zejména u datových center musejí výrobci minimalizovat a řídit riziko přerušení provozu, a to v náročném a často extrémním podnikovém prostředí, jehož požadavky neustále rostou.

Některé Enterprise disky se ale vyplatí i pro menší servery. Náročnější instalace lze řešit přímo s lokálním zastoupením výrobců, Kingston nabízí i službu Zeptejte se experta (Ask an expert) pro technické konzultace a doporučení na nejvhodnější typ pro konkrétní situaci a konfirguraci. Pro notebooky a stolní počítače je pak na stránkách kingston.com konfigurátor, který po zadání modelu počítače nabídne všechny vhodné komponenty, včetně SSD, tohoto výrobce.

PR ČLÁNEK