تحول در ذخیره‌سازی داده با فناوری SSD و All-flash

با پیشرفت فناوری، مرکز داده آینده به ذخیره‌سازی تمام فلش نیاز خواهد داشت تا کارایی، سرعت و قابلیت اطمینان بیشتری نسبت به سیستم‌های سنتی HDD ارائه دهد.

درایوهای دیسک سخت (HDD) مدت‌هاست که در مراکز داده رایج هستند. در واقع، این فناوری به دهه 1950 برمی‌گردد، زمانی که IBM اولین مزرعه سرور را به اندازه دو یخچال با ظرفیت ذخیره‌سازی 3.75 مگابایت ساخت.

رشد داده‌ها به شدت افزایش یافته و هم‌اکنون روزانه 1.134 تریلیون مگابایت داده تولید می‌شود. حجم داده‌ها در این عصر هوش مصنوعی، گوشی‌های هوشمند، ابر و ویدیوهای استریم به طور نمایی در حال افزایش است. با توجه به اینکه بسیاری از مراکز داده هنوز از تجهیزات دیسک سخت استفاده می‌کنند، دلایل فزاینده‌ای برای بررسی انتقال به فناوری ذخیره‌سازی تمام فلش سریع‌تر و کارآمدتر وجود دارد.

تکامل مرکز داده

اصطلاح “آرایه تمام فلش” به اواخر دهه 1980 برمی‌گردد، اما تا دهه 2000 بود که به طور قابل توجهی شکل گرفتPure Storage .  یکی از بازیگران اولیه با FlashArray™ بود که مزایای چشمگیر ذخیره‌سازی تمام فلش را نسبت به دیسک‌ها به نمایش گذاشت.

سازمان‌ها به سرعت متوجه شدند که آرایه‌های تمام فلش عملکرد بهتری نسبت به دیسک‌های چرخشی ارائه می‌دهند، با زمان‌های دسترسی سریع‌تر، تأخیر کمتر و توان عملیاتی بالاتر—که آن‌ها را به گزینه‌ای ایده‌آل برای بارهای کاری حساس به عملکرد تبدیل می‌کند.

سیستم‌های ذخیره‌سازی کلاس سازمانی که به طور کامل بر اساس فلش ساخته شده بودند، بیش از یک دهه پیش وارد بازار شدند و تا سال 2019، تا 80% درآمدهای ناشی از بارهای کاری ذخیره‌سازی اولیه از آرایه‌های تمام فلش تأمین می‌شد. در این زمان، HDDها عمدتاً به عنوان بارهای کاری ثانویه که بیشتر به ظرفیت و هزینه محدود بودند، استفاده می‌شدند. با این حال، این هنوز حدود 90% از کل داده‌های ذخیره شده توسط سازمان‌ها را تشکیل می‌دهد.

در حالی که HDDها گزینه‌ای مقرون به صرفه‌تر بوده و همچنان در اکثر مراکز داده در سطح جهانی استفاده می‌شوند، توافق فزاینده‌ای وجود دارد که تمام فلش آینده مرکز داده را تعریف می‌کند. در واقع، Pure Storage معتقد است که تا سال 2028 تقریباً هیچ سیستم ذخیره‌سازی جدید تمام HDD برای محاسبات مراکز داده فروخته نخواهد شد. این پیش‌بینی در حال حاضر با کاهش قابل توجه ارسال HDDها در طی 10 سال گذشته در حال تحقق است—از بیش از 651 میلیون واحد ارسال شده در سال 2010 به 166 میلیون در سال 2022.

تغییرات اقتصادی هزینه کل مالکیت

مزیت اصلی HDD همیشه قیمت بوده است. در حالی که ذخیره‌سازی فلش در ابتدا با قیمت بالاتری آغاز شد، در سال‌های اخیر رقابتی‌تر شده است. عوامل دیگری نیز وجود دارند که باید در محاسبه هزینه واقعی HDDها در مقابل ذخیره‌سازی تمام فلش در نظر گرفته شوند.

اولاً، درایوهای ذخیره‌سازی فلش به طور قابل توجهی انرژی کمتری نسبت به HDDهای با ظرفیت مشابه مصرف می‌کنند. در واقع، راه‌حل‌های تمام فلش امروزی تا 80% کمتر از HDDها انرژی و فضا نیاز دارند. برای شرکت‌های بزرگ و مراکز داده با مقیاس بزرگ، کاهش مصرف انرژی مرکز داده در هر رک به سادگی یک مسئله اقتصادی است.

نهادهای نظارتی و دولت‌ها نیز با فشار به مراکز داده برای کاهش ردپای کربن خود، این روند را تقویت می‌کنند. همچنین، با توجه به اینکه ذخیره‌سازی تمام فلش بدون قطعات متحرک است، احتمال فرسودگی یا خرابی آن در طول زمان کمتر است. در تقریباً همه موارد، ذخیره‌سازی تمام فلش از نظر اقتصادی معقول است، با هزینه‌های فوری کمتر برای انرژی، خنک‌سازی و فضا و همچنین صرفه‌جویی‌های بلندمدت با کاهش زباله‌های الکترونیکی.

هزینه به ازای هر گیگابایت مؤثر

فروشندگان HDD به طور سنتی بر هزینه به ازای هر گیگابایت ظرفیت خام به عنوان معیار کلیدی خود تمرکز کرده‌اند. با این حال، داستان هزینه بیشتر از این‌هاست. برای تعیین ظرفیت مؤثر، باید مواردی مانند فرمت‌سازی، کاهش داده، حفاظت از داده‌ها روی دیسک و میزان داده‌ای که می‌تواند بدون تأثیر بر عملکرد در یک دستگاه ذخیره شود، محاسبه شود.

این عوامل می‌توانند ظرفیت واقعی قابل استفاده برای ذخیره‌سازی داده‌ها را به طور قابل توجهی کاهش دهند. ممکن است دستگاه‌های ذخیره‌سازی در ابتدا مقرون به صرفه به نظر برسند، اما اگر ظرفیت مؤثر کمتری را پشتیبانی کنند، مشتریان را مجبور می‌کنند تا دستگاه‌های بیشتری خریداری کنند تا به اهداف عملکرد و ظرفیت برسند.

محدودیت‌های سیستم‌های سنتی HDD

بیشتر HDDها دارای ظرفیت حداکثر 20TB هستند، اما هنوز هم چالش‌هایی برای شرکت‌هایی که نیاز به پیکربندی سیستم‌های بزرگ با مقیاس چند پتابایت دارند، وجود دارد. اولاً، HDDها به یک سر خواندن/نوشتن در هر دیسک محدود هستند و سرعت ورودی/خروجی آن‌ها به سرعت چرخش دیسک محدود می‌شود. وقتی یک HDD پر می‌شود، توانایی دسترسی به داده‌ها کاهش می‌یابد. در واقع، بسیاری از فروشندگان دیسک توصیه می‌کنند که دستگاه‌های خود را بیشتر از 80% پر نکنید.

ثانیاً، HDDها نسبت به دستگاه‌های مبتنی بر فلش کمتر قابل اعتماد هستند و نرخ خرابی سالانه آن‌ها 1.54% است. نرخ خرابی‌ها به طور طبیعی با افزایش سن افزایش می‌یابد. در مقایسه، دستگاه‌های مبتنی بر فلش می‌توانند بیش از هشت برابر توان عملیاتی در سطح دستگاه را ارائه دهند و نرخ خرابی آن‌ها تا ده برابر کمتر است و عمر مفید دو برابر دارند.

این چالش‌ها باید بسیاری از شرکت‌ها را به فکر کردن دوباره درباره استفاده از بزرگ‌ترین HDDها هنگام ساخت سیستم‌های ذخیره‌سازی چند پتابایت تشویق کند—به‌ویژه زمانی که آن‌ها همچنین در تلاش برای برآورده کردن SLAهای خاص هستند.

قدرت فناوری DirectFlash

وقتی فناوری DirectFlash® شرکت Pure Storage® را با HDDها مقایسه می‌کنید، تفاوت بین این فناوری‌ها حتی بیشتر جذاب می‌شود. با Pure Storage، مزیت قابل توجهی در رشد چگالی ذخیره‌سازی نسبت به HDDها وجود دارد که منجر به کاهش سریع‌تر هزینه به ازای هر گیگابایت در سطح دستگاه می‌شود، زیرا قیمت‌های NAND flash همچنان در حال کاهش است.

علاوه بر این، سیستم‌عامل ذخیره‌سازی Purity رسانه‌ها را به‌طور مستقیم و جهانی در سطح سیستم مدیریت می‌کند. این بدان معناست که سیستم، کارایی انرژی مرکز داده، عملکرد، ثبات، در دسترس بودن داده‌ها، چگالی ذخیره‌سازی، استفاده از ظرفیت، دوام، قابلیت اطمینان و عمر دستگاه‌ها را افزایش می‌دهد.

وضعیت SSDهای COTS

با توجه به اینکه فروشندگان دیسک‌های حالت جامد (SSD) امروزه دستگاه‌های مبتنی بر QLC NAND flash را ارائه می‌دهند، برخی خریداران ذخیره‌سازی می‌خواهند بدانند آیا می‌توانند مزایایی مشابه DirectFlash را ارائه دهند.

در حالی که SSDهای تجاری آماده (COTS) مزایایی نسبت به HDDها دارند، اما کارایی هزینه‌ای سیستم‌های ساخته شده با فناوری DirectFlash را ندارند.

بزرگ‌ترین SSDهای COTS که امروزه به‌طور انبوه عرضه می‌شوند، دستگاه‌های 15TB هستند، در حالی که Pure Storage دستگاه‌های 75TB را عرضه می‌کند و این مزیت چگالی ذخیره‌سازی به سرعت در حال افزایش است. این نه تنها مزیت سیستم‌های Pure Storage را نشان می‌دهد، بلکه تهدیدی برای بقای HDDها نیز به شمار می‌آید. به عبارت دیگر، پایان دیسک به گسترش فناوری‌های رسانه‌ای فلش مانند Pure Storage DirectFlash وابسته است، نه سیستم‌های ذخیره‌سازی مبتنی بر SSDهای COTS.

چشم‌انداز مرکز داده آینده

امروزه مراکز داده دیگر فقط یک موضوع فناوری اطلاعات نیستند. در شرکت‌های امروزی، مسائل قانونی، انطباق، پایداری و امنیت نیز به ذخیره‌سازی داده‌ها علاقه‌مند هستند، به‌علاوه افسران داده، دیجیتال و تجربه مشتری (CX) که به عملکرد برنامه‌ها و سرعت‌های یادگیری ماشین توجه دارند. HDDها دوران خوبی را پشت سر گذاشته‌اند، اما دیگر نمی‌توانند با تقاضاهای داده‌ای امروز و فردا همگام شوند. با در نظر گرفتن مزایای بلندمدت انتقال به ذخیره‌سازی تمام فلش، مسیر به سوی یک مرکز داده مقاوم در برابر آینده واضح است و مزایای آن قابل توجه است.