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SSD技术的发展进步将成为2018年影响企业存储的主要趋势之一。

在过去的2017年中,全球的存储行业可以说是经历了一次过山车般的发展模式,传统SAN设备的衰落随着企业组织纷纷对超融合基础设施、纯软件解决方案和固态硬盘的兴趣大涨而抵消。我们看到,随着SSD固态硬盘对数据中心存储的性能所带来的提升,企业已经从硬盘转向固态硬盘的采用。

在新的2018年,整个业界将继续以这些趋势为基础,并将为数据中心存储发展蓝图增加诸多新的亮点。而SSD在核心技术、性能、容量和价格这四大方面仍然还将保持迅速的发展。NVMe已经将闪存IOPS和GB /秒带到了主流应用领域,我们站在了主流通过以太网采用NVMe的边缘,对存储系统的未来配置带来了广泛的启示。

供应商们的32TB固态硬盘正在大规模的发货,而最大的硬盘驱动器则远远落后于16TB.随着3D芯片技术的大幅进步,2018年,我们应该会看到50TB和100TB的驱动器,特别是如果4位存储单元达到其目标的话。大部分的闪存芯片供应短缺已不复存在,价格应该再次开始下降,尽管需求的增长可能比预期的要快,并相应的会让价格降低的步伐有所放缓。

除了驱动器本身之外,RAID阵列也将陷入麻烦。由于控制器设计的固有性能瓶颈,超过几个固态硬盘的处理便会是一个真正的挑战。同时,本质上是成本架构便宜的商用现成服务器的小型存储设备满足了对象存储和超融合节点的需要。这种迁移正是由诸如Excelero这样的初创公司所推动的,他们使用基于以太网的NVMe以RDMA速度将驱动器直接连接到集群架构。

近期的业绩反映了行业正在转向COTS(商用现成产品,Commercial-Off-The-Shelf)服务器框架。除NetApp之外,传统的存储供应商们的营收都在经历着个位数的增长,而向云服务提供商们提供大量COTS的原始设计制造商们的营收则共计增长了44%.这种增长的背后是非捆绑存储软件的可用性的日益增加。低成本的存储平台和软件的结合正在迅速推动存储市场的商品化。随着软件定义存储(SDS)开始影响市场,2018年这一趋势将会进一步加速。

SDS是一个广泛的概念,但其本质上是从硬件平台上分离控制和服务软件。这一概念在网络和云服务器上非常成功,因此将其扩展到存储领域不仅是合理的,而且是必需的。我们将在2018年看到更多的SDS解决方案,而且,这一领域的竞争激烈程度将会远远超出我们在过去十年中任何一年所经历的。

NVMe将继续取代SAS和SATA,成为企业级驱动器的接口。除了节省了CPU开销,NVMe还支持新的规格的驱动器。2018年我们可以预期2.5英寸规格大小的32TB + SSD的问世,以及使用M.2存储变种的服务器的问世。这将产生很大的影响。

英特尔推出了一款具有33+ TB容量的M.2规格刀片式驱动器,可以安装在1U服务器上,并拥有32个插槽。这给我们提供了一款1PB的超高速1U存储解决方案。其他供应商也同样都在积极的研发类似密度的产品,这是一大重要的趋势。存储盒将变得更小,容量也将变得更大,并且由于SSD技术的发展速度,其性能超过了大部分的HDD阵列。现在,企业数据中心的存储设备管理人员们可以放心大胆的去找CIO说:“我真的可以缩小数据中心的规模了!”

高性能SSD能够将重复数据删除和压缩数据放在后台工作。执行这项任务的服务使用存储驱动器的多余带宽。对于大多数商业使用案例而言,有效容量是原始容量的5倍以上。总的来说,压缩技术减少了所需小型设备的数量,使SSD存储比硬盘便宜得多。

下面,就让我们来深入探讨一下在新的2018年数据中心所有这些存储趋势的细节吧。

SSD的性能

高端SSD已经可以实现每秒10GB的吞吐量和数百万的随机IOPS.企业和商用SSD之间的性能差异主要在于内部访问路径的并行性和NVMe接口的效率。NVMe使用与SATA几乎相同的PCIe连接,而NVMe的成本大致相同。这推动了向NVMe的迁移,而NVMe已经将SAS作为SSD接口进行了压缩,并有可能在2018至2019年间实现跨所有SSD的广泛使用。具有NVMe / PCIe接口的M2.0规格尺寸的固态盘已经上市,与SATA驱动器的价格大致相同。采用NVMe将加速所有固态硬盘,尽管由于并行性,非常高端的硬盘仍然有其优势。

SSD容量增加

在2017年9月召开的闪存峰会(Flash Memory Summit 2017)上,供应商们宣布了打造100TB 2.5硬盘的计划。在2018年,我们可能会看到这些产品的问世,但其容量更有可能是达到了50或64TB,但这已经是当前最大SSD容量的两倍。这些大容量代表了存储设备占用空间、功耗和特别是盒子数量的大幅减少,在整个主板,存储的总体拥有成本(TCO)都将转移到SSD上。压缩技术代表了有效容量大约提高了5倍,而32+ TB的SSD固态硬盘甚至已经击败了HDD存储硬盘。

四层单元(即4bit/cell,Quad-Level Cell,QLC)将进一步提高容量,尽管随着单元中存储的电压水平更接近,写入磨损更为明显。直到2018年,纠错和信号处理改进才真正实现,QLC将可能仅仅作为冷数据驱动器使用,这直接挑战了SATA bulk 3.5驱动器。

究竟每款驱动器多少容量才是足够的呢?这是一个棘手的问题,因为超大型硬盘改变了使用规则。我们可以就每TB的带宽进行辩论,但这与冷存储(cold storage)无关。另一方面,大容量意味着许多NAND芯片,也就意味着更多的并行性和性能,所以这些驱动器也可以作为主驱动器。

诸如驱动器本地NVMe等通过以太网而实现的共享架构,将影响选择哪个SSD接口。我们可能会看到这些带有40GbE或更快速端口的硬盘,从而实现高带宽共享。

RAID磁盘阵列模式下降加速

RAID正在屈服于全闪存阵列和SSD存储设备发展的必然性。这些设备对于阵列架构来说太快了。随着固态硬盘和2.5英寸规格尺寸产品容量的增加,对于既定数量的存储所需的盒子数量与SSDS相比要少得多。由于全闪存阵列较之RAID阵列的性能优势,使得SAN模式在业界已经运行了数十年了,所以迄今为止,这一下滑速度一直很缓慢。这可能是由于企业不愿胡乱地修补一些有用的东西,同时更有兴趣在昂贵的阵列未折旧的部分获得回报。我的感觉是,2018年,这一领域将有大的变化,并将出现从RAID到超融合基础设施和紧凑型存储设备的更协调一致的转移。通过RAID擦除编码的好处将使得这一点得到加强,就像使用数据压缩技术一样。

COTS的兴起

COTS组件将兴起。实际上,在服务器和存储市场的份额中都在快速增长。对于买方而言,经济和性能方面的优势较之专有硬件平台使其很难受到青睐。COTS模式的影响将在2018年显著增强。如下这些数据将为这一趋势提供支持:2017年第三季度,基于COTS的ODM营收增长了44%,而大多数供应商则持平。伴随着COTS迅速增长将是存储软件选项的迅速扩张,这些增长将来自于当前既有的供应商和初创企业。COTS更适合于诸如SDS和HCI等概念。COTS设备易于集成,因为接口和架构符合完全具备互换性的乐高模型。这意味着企业买家不需要大型的整合团队,尤其是随着第三方服务可用性的实现和整合。

软件定义的存储

软件定义的存储被大肆已经炒作了一段时间,其原本最初的价值主张是打造灵活的、可扩展的和低成本的虚拟化存储服务。去年,由于供应商宣布推出了不少产品,特别是在对象存储堆栈中,这方面的技术开始成熟。预计这一趋势将在2018年加速,使硬件成为可互换的商品,并将存储价值转移到软件和解决方案的集成整合上。而与此同时,朝着混合云方向的发展将推动SDS的发展。存储管理将变得更加自动化,就像云服务器一样。这将迫使数据中心人员和管理员将变得更明智的,以便能够获得所需的相关新技能。

NVMe over Ethernet(NoE)

NVMe over Ethernet(NoE)刚刚进入市场,但其对快速增长的HCI市场所带来的影响却非常明显,以至于其在2018年的普及采用可能会非常强劲。在系统集群中共享所有存储的理念已经存在一段时间了,但在架构上的性能一直比本地驱动器慢得多,这在一定程度上妨碍了企业用户采用的兴趣。NVMe over Ethernet解决了这个问题。关于NVMe光纤通道 (NVMe over Fibre Channel)有一些讨论,当然其也可以在InfiniBand上运行,但是现在可用的以太网解决方案的成本已经便宜很多了,而且数量也很大。与服务器集群的通用性架构是以太网市场的赢家,所以我们可以期待其他解决方案成为该市场独占的细分市场主导。

预计NVMe over Ethernet SSD驱动器产品将会在2018年下半年推出,从而提供更多的架构灵活性,实现服务器节点与集群和专用驱动器盒共享驱动器,并且都直接连接到光纤阵列。随着像最新的Snapdragons这样的ARM64 CPU的出现,我们应该规划这些驱动器更加智能化,具备包括目标代码,大数据处理等等功能。

超密集的打包封装和数据压缩技术

SSD供应商正在探索使用比2.5英寸硬盘小得多的产品。M2.0已经很普遍,并且正在被延长到新的长度,具备延长的存储刀片。这些产品的功耗非常小,可以实现高封装密度。因此,我们可以期待英特尔或将能够为我们提供具有1PB的 SSD存储容量的32刀片1U设备。再加上压缩技术的采用,可以将网络吞吐量与数据压缩的数据量相提并论,并且存储设备可以在1U设备中有效地支持5PB.这将意味着存储场(storage farm)将一去不复返了,因为所有那些RAID机柜已经过时了。除英特尔以外,其他的供应商们也计划向同一方向发展,到2019年,存储和系统将有很大的不同。

NVDIMM

CPU内存总线上的快速访问持久性内存的理念是一个模式转换的概念,现在已经真切的到来了。2018年,其将带来一些短期的影响和长期趋势,但可以肯定的是,大量企业的IT部门忽视了这一趋势。在短期内,到2018年,使用闪存的NVDIMM要比使用闪存的SSD要快2倍左右。而Optane将达到4倍或更快。这假定NVDIMM模拟块I / O设备,看起来像一个驱动器,所以系统文件堆栈被调用,4KB块被移动。但是,所有NVDIMM都可能是按字节寻址的。基于NAND的解决方案具有SRAM或DRAM缓冲器,在发生电源故障时备份。此外,Optane可以直接编写。所有这一切打开了将I / O从文件方式转移到使用单一寄存器存储器CPU指令和将持久空间作为DRAM一部分的前景。

这项工作需要系统方面的许多变化。操作系统需要知道,某些内存像编译器,链接编辑器和系统工具一样是持久的。最难的部分是所有使用字节模式的应用都需要在文件I / O区域进行大量的重写。一些用例(如数据库)将成为早期采用者,因为这些更改可能会被用户屏蔽。字节模式需要一些时间才能成为主流,虽然I / O的1000倍性能所带来的好处将会产生很大的压力。

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