Как правильно выбрать SSD диск для сервера: рекомендации

Твердотельные диски обеспечивают радикальный рост производительности по сравнению с традиционными жесткими дисками (HDD). Согласно исследованиям, внедрение СХД на базе SSD дисков позволяет в среднем в 15 раз сократить задержки операций ввода-вывода для приложений.

Твердотельные накопители SSD (Solid State Drive) изначально проектировались для новой эры в технологиях хранения данных. Их архитектура лишена главного недостатка HDD - необходимости механического вращения пластин с головками записи/считывания данных. Вместо этого SSD используют массивы микросхем флеш-памяти без движущихся компонентов. Это радикально меняет соотношение производительности, надежности и стоимости по сравнению с HDD.

Узнать насколько именно и оценить эффект от внедрения SSD для вашей инфраструктуры можно с помощью данной обзорной статьи. Она включает сравнение ключевых характеристик SSD и HDD дисков, обзор областей эффективного применения твердотельных накопителей, а также практические рекомендации по их выбору для решения конкретных бизнес-задач.

Сравнение SSD и HDD диcков

SSD диски показывают значительно более высокую производительность по сравнению с жесткими дисками в большинстве рабочих нагрузок. Это обусловлено рядом преимуществ твердотельных накопителей:

1. Скорость: SSD могут работать от 20 до 100 раз быстрее HDD за счет параллельной архитектуры NAND памяти и отсутствия движущихся частей.
   
2. IOPS: твердотельные накопители демонстрируют гораздо более высокие показатели операций ввода-вывода в секунду. Это важнейший фактор производительности при случайных операциях чтения/записи.
   
3. Надежность: у SSD намного выше MTBF благодаря отсутствию механических компонентов, создающих наибольший риск отказов в HDD.
   

При этом у HDD сохраняются преимущества в емкости и стоимости хранения данных. Поэтому оптимальный вариант для многих задач – комбинирование быстрых SSD и емких жестких дисков.

Области применения SSD дисков

SSD целесообразно использовать повсеместно там, где критически важна производительность и низкая задержка доступа к данным:

• Высоконагруженные OLTP системы: базы данных, транзакционные системы обработки заказов, работы с клиентами и т.д.
• Web-сервера для высокопосещаемых сайтов. SSD сокращают время отклика на запросы
• Виртуальные среды серверов для ускорения работы множества виртуальных машин
• Высокопроизводительные вычисления, машинное обучение, анализ больших данных. SSD незаменимы при работе с огромными массивами данных в ОЗУ
• Кэширование данных с использованием памяти Optane для увеличения скорости доступа к “холодным” данным на HDD
• Транзакционные торговые системы, где критически важно минимальное время задержки.

Технологии NAND флеш-памяти

В SSD дисках используется флеш-память NAND нескольких типов, отличающихся характеристиками производительности и ресурса перезаписи:

• SLC (однобитовые ячейки). Обеспечивает наивысшие скорость и ресурс циклов записи, используется в высоконагруженных и ответственных приложениях. На текущий момент выпуск основными брендами полностью прекращен
• MLC (двухбитовые ячейки). Хороший баланс цены и производительности. MLC - наиболее распространенный тип памяти в профессиональных SSD. В настоящий момент выпуск практически прекращен и на рынке остается буквально пара решений на eMLC
• TLC (трехбитовые ячейки). Позволяет увеличить емкость в 1.5 раза по сравнению с MLC при несколько меньшем быстродействии и ресурсе
• QLC (четырехбитовые ячейки). Максимальная плотность хранения данных, но показатели надежности и скорости записи ниже, чем у TLC, ввиду чего в серверных решениях применяются в роли загрузочных накопителей с ресурсом не более 0,3 перезаписей в сутки

Современные SSD диски используют 3D NAND – трехмерную архитектуру ячеек памяти, обеспечивающую увеличение плотности в 2-3 раза по сравнению с 2D планарной. Кроме того появляются перспективные решения на основе флеш-памяти ReRAM и FeRAM со значительно более высокими характеристиками.

Intel Optane и 3D XPoint

Особо стоит отметить технологию Intel Optane SSD и 3D XPoint – абсолютно новый класс памяти, превосходящий по своим характеристикам любые существующие SSD:

• Скорость случайных чтения/записи в 3-5 раз выше самых быстрых твердотельных накопителей на NAND
• Количество операций ввода-вывода выше в 4-5 раз
• Практически неограниченный ресурс перезаписи данных.
• Низкая задержка доступа, сравнимая с оперативной памятью

Из минусов стоит отметить высокую стоимость решения, сравнимую со стоимостью оперативной памяти.

Технология 3D XPoint позиционируется как прямая замена дорогим модулям DRAM и SSD для кэширования. Это обеспечивает радикальное ускорение работы с “холодными” данными на жестких дисках по доступной цене.

Серверные и клиентские SSD диски

SSD делятся на два больших класса в зависимости от области применения:

1. Клиентские (desktop) SSD диски предназначаются для настольных ПК, ноутбуков, игровых консолей. Отличаются компактными размерами, хорошим быстродействием и доступными ценами.

2. Серверные (enterprise) SSD диски специально разрабатываются для использования в высоконагруженных системах хранения данных и серверах. Они оптимизированы по показателям производительности, надежности и безопасности данных.

Серверные SSD значительно превосходят клиентские модели по таким ключевым характеристикам, как наработка на отказ, количество циклов перезаписи, скорость случайного чтения/записи. Это достигается использованием более качественных комплектующих и резервированием.

Критерии выбора SSD диска

Основные факторы выбора оптимальных SSD для конкретных применений:

• Рабочие нагрузки (OLTP, виртуализация, хранение данных, видео и т.д.)
• Требуемый уровень производительности (IOPS, скорость чтения/записи)
• Форм-фактор и интерфейс подключения (SATA, NVMe, M.2, U.2, Add-in card)
• Объем хранения данных
• Требования к надежности и отказоустойчивости
• Глубина очереди команд (для низких задержек доступа)
• Показатели по долговечности и стойкости к интенсивным нагрузкам
• Срок службы и гарантийные обязательства
• Стоимость в расчете на емкость, IOPS, скорость передачи данных

Выбирая SSD для критически важных систем, стоит обратиться за рекомендациями к поставщикам оборудования и использовать специализированные бренды серверных накопителей. Они обеспечивают гораздо более высокие показатели надежности и производительности по сравнению с решениями массового рынка.

Заключение

Диски SSD кардинально меняют представление, что можно достичь в плане быстродействия и масштабируемости корпоративных систем хранения данных. По сравнению с HDD они обеспечивают более высокую скорость операций ввода-вывода, лучшую масштабируемость при одновременной работе с большим количеством приложений и пользователей, а также существенное снижение энергопотребления на единицу полезной емкости.

С появлением нового поколения SSD, таких, как Optane на базе революционной технологии 3D XPoint, открываются практические безграничные возможности для роста производительности и масштабирования вычислительных систем при одновременном снижении стоимости владения инфраструктурой. Эксперты предрекают, что в обозримом будущем именно гиперконвергентные системы с твердотельными накопителями станут доминирующей архитектурой центров обработки данных.