Broszura Wprowadzenie do technologii flash

Transkrypt

1 Broszura Wprowadzenie do technologii flash Rozwiązania HP wspierane przez Intel

2 Spis treści 3 Pamięć masowa flash jest wszędzie! 4 Co mogłyby zrobić firmy, gdyby były w stanie przetwarzać o 500% więcej transakcji na sekundę, a zarazem zmniejszyć liczbę dysków o 90%? 4 Co może zmienić pamięć masowa flash w centrum przetwarzania danych? 6 Opóźnienie to kluczowy czynnik wpływający na wydajność 7 Pojęcia związane z dyskami SSD 8 SLC odchodzi nadchodzi MLC 9 Zalety technologii flash w różnych zastosowaniach 10 Co jest decydującą kwestią dla rozpowszechnienia macierzy typu all-flash? 11 Olbrzymia szansa Rozwiązania HP wspierane przez Intel 2

3 Pamięć masowa flash jest wszędzie! W historii komputerów znajdziemy tylko kilka przypadków, w których nowa technologia okazała się kluczowa dla całkowitej zmiany platformy PC i wrażeń użytkownika. Dyski SSD mają ten potencjał. Gordon Moore, współzałożyciel i emerytowany prezes firmy Intel Corporation oraz twórca prawa Moore a Z pamięci flash już teraz korzystamy codziennie, choć nie każdy zdaje sobie z tego sprawę. To technologia stosowana w smartfonach i tabletach, a także w niektórych laptopach. Warto się zastanowić, jak to możliwe, że smartfony, tablety i laptopy stają się co roku coraz lżejsze mimo rozszerzania ich funkcjonalności? Cóż... za sukces tego programu odchudzania odpowiadają w dużej mierze układy pamięci oparte na technologii flash, które umożliwiają szybsze zapisywanie informacji w coraz mniejszym urządzeniu. Zalety tej technologii to jednak nie tylko mniejsza waga i wielkość. Dzięki niej można też błyskawicznie uruchamiać smartfony, tablety i komputery PC zamiast czekać, aż obracający się dysk twardy odnajdzie odpowiednie dane. Dyski SSD, czyli pamięć flash używana w komputerach PC i serwerach, są ok. 100-krotnie szybsze niż tradycyjne dyski twarde. Zużywają też mniej energii. 3

4 Co mogłyby zrobić firmy, gdyby były w stanie przetwarzać o 500% więcej transakcji na sekundę, a zarazem zmniejszyć liczbę dysków o 90%? Urządzenia z dyskami SSD mogą udostępniać dane z rewelacyjną szybkością. Pytanie tylko, czy sieć centrum przetwarzania danych sprosta tak olbrzymiej ilości danych, którą można porówać z zamianą fontanny z wodą pitną na wąż strażacki? Dennis Martin, założyciel i prezes firmy Demartek Powód, dla którego technologia flash stała się wszechobecna w smartfonach i tabletach, jest taki sam jak powody jej rosnącej atrakcyjności dla korporacyjnych centrów przetwarzania danych. Pomyślmy o wszystkich tych możliwościach, które otwarłyby się przed firmami, gdyby mogły przetwarzać o 500% więcej transakcji na sekundę, a zarazem zmniejszyć liczbę dysków o 90%. Mogłyby w ten sposób przyspieszyć reagowanie aplikacji, zapewnić swoim klientom lepszą obsługę, a w dłuższej perspektywie obniżyć koszty pamięci masowej. Z technologią flash wiążą się też jednak wyzwania, bo jej wprowadzenie do przedsiębiorstwa przypomina nieco zamianę fontanny z wodą pitną na wąż strażacki. Starsza pamięć masowa (którą zaprojektowano ponad 20 lat temu) po wprowadzeniu technologii flash po prostu się zakrztusi. Niniejszy dokument opowiada, dlaczego tak się dzieje. Co może zmienić pamięć masowa flash w centrum przetwarzania danych? Szybsze prowadzenie działalności Nowe źródła przychodów dzięki zmniejszeniu opóźnień i zwiększeniu IOPS Szybsze analizy biznesowe Szybszy dostęp dla użytkowników Większe zadowolenie użytkowników Większa wydajność operacyjna Zminimalizowana powierzchnia centrum przetwarzania danych Niższy pobór mocy Niższy koszt licencji na oprogramowanie Uproszczone zarządzanie Pamięć masowa flash może wesprzeć projekty mające przyspieszyć prowadzenie działalności biznesowej przez wprowadzenie nowych poziomów szybkości reakcji w czasie rzeczywistym. Jako przykład można tu wymienić systemy przetwarzania transakcji online (OLTP) w takich obszarach jak handel elektroniczny, bankowość czy kasy sklepowe i bankomaty, w przypadku których czasy reakcji na żądania użytkowników mają znaczenie krytyczne. Pamięć flash może pomóc zwiększyć szybkość pracy strony sklepu internetowego w godzinach szczytu i skrócić czasy oczekiwania, co prowadzi do wyższej satysfakcji klientów. Szybszy dostęp użytkowników do opisu produktu lub cennika może zwiększyć rentowność i pozwolić wygenerować większe przychody w Internecie. Staje się to możliwe dzięki większej liczbie sfinalizowanych i mniejszej liczbie przerwanych transakcji handlowych. 4

5 Obciążenia hurtowni danych, takie jak eksploracja danych, analiza trendów, modelowanie biznesowe i testowanie hipotez, odgrywają kluczową rolę przy tworzeniu strategii biznesowych we współczesnym, pełnym rywalizacji środowisku. Aby utrzymać konkurencyjność, firmy muszą przetwarzać analizy i tworzyć raporty dokładnie wtedy, gdy są one potrzebne. Dzięki temu mogą w oparciu o dane podejmować decyzje generujące natychmiastowy zwrot z inwestycji, a także formułować lub korygować swoją strategię biznesową na podstawie napływających wyników sprzedaży. W przypadku takich obciążeń technologia flash może pomóc w generowaniu szybszych analiz biznesowych przez przyspieszenie realizacji zadań wsadowych. We wdrożeniach VDI, w których centralny serwer udostępnia system operacyjny komputera biurkowego w postaci maszyny wirtualnej, pamięć flash może zmniejszyć opóźnienia występujące przy logowaniu do komputera biurkowego w czasie szczytowego obciążenia (gdy wszyscy pracownicy rozpoczynają pracę) oraz pomóc utrzymać wysoką przepustowość i wysoką liczbę operacji I/O na sekundę (IOPS). Może to być kluczowe dla poziomu zadowolenia użytkowników, popularności rozwiązań VDI i ogólnego sukcesu projektu wdrożenia tej infrastruktury. Istotną zaletą technologii flash jest nie tylko wspomaganie inicjatyw, które mają przyspieszyć działalność biznesową, lecz także zwiększanie wydajności operacyjnej. Rozwiązanie pamięci masowej flash potrzebuje do obsługi określonego obciążenia mniejszej ilości sprzętu niż tradycyjna platforma pamięci masowej, przedsiębiorstwa mogą więc zmniejszyć powierzchnię centrum przetwarzania danych. Mniej sprzętu to mniejsze zużycie energii i chłodzenia, niższe koszty licencji na oprogramowanie i niższe koszty wsparcia oraz ogólne obniżenie kosztów operacyjnych. Dodatkowo, macierz dyskowa wyposażona w mniejszą liczbę dysków to rozwiązanie łatwiejsze do zarządzania, które wymaga mniejszej liczby administratorów, co obniża koszty operacyjne jeszcze bardziej. Rozwiązania HP wspierane przez Intel 5

6 Starsza pamięć masowa (HDD) Pamięć flash Żądanie bloku danych opóźnienie 0,15 ms opóźnienie 8 ms Zwrot bloku danych czas Ponad 50 operacji I/O w tym samym czasie czas Opóźnienie łączne = czas wyszukiwania + opóźnienie obrotowe 1. obrót dysku ~2 ms 3. odczyt danych ~0,04 ms 2. przesunięcie ramienia głowicy ~4 ms Opóźnienie to kluczowy czynnik wpływający na wydajność Myśląc o technologii flash, ludzie często koncentrują się na liczbie IOPS to miara, która wyraża, jak często urządzenie pamięci masowej może wykonywać zadania I/O na sekundę (IOPS). Wartość ta jest uzależniona od typu wykonywanej operacji I/O. Im większa wartość IOPS, tym wyższa wydajność systemu. Kluczowym czynnikiem dla wydajności jest jednak opóźnienie. Miara ta wyraża, ile czasu zajmuje urządzeniu pamięci masowej rozpoczęcie zadania I/O. Opóźnienie jest mierzone w ułamkach sekundy. Im mniejsze opóźnienie, tym lepiej. Opóźnienie to czas stracony, który można było poświęcić na pracowite generowanie wyników, lecz został pochłonięty przez oczekiwanie na zasoby I/O. W przypadku starszych pamięci masowych przy każdym dostępie do danych trzeba poczekać, aż głowica dysku twardego odszuka dane, a talerz się obróci, co generuje milisekundowe przerwy między mikrosekundowymi transferami danych. W naszym przykładzie jedna operacja I/O generuje opóźnienie 8 ms. Pamięć flash nie zawiera elementów ruchomych, nie ma tu więc czasu wyszukiwania ani opóźnienia związanego z obrotem dysku. Dlatego w takim samym czasie macierz zoptymalizowana dzięki technologii flash może wykonać ponad 50 operacji I/O. A oto analogia... Gdy zamawiam jedzenie do domu, nie lubię korzystać z dostawy z restauracji, ponieważ trwa to zbyt długo. Mieszkam blisko kilku świetnych lokali i mogę zamówić znakomity, trzydaniowy posiłek. Dostawa jest jednak nieprzewidywalna i często trwa ponad godzinę, czego nie mogę zaakceptować. Podobnie wygląda wartość IOPS i opóźnienie wyobraźmy sobie system pamięci masowej, który może wykonywać operacji I/O na sekundę dla aplikacji bazy danych (to mój posiłek), dostarczenie tych operacji trwa jednak 3 sekundy (pora obiadu dawno więc minęła). Taki system pamięci masowej jest zasadniczo bezużyteczny. Rozwiązania HP wspierane przez Intel 6

7 Pojęcia związane z dyskami SSD Żywotność dysku / trwałość zapisu W świecie technologii flash każdy zapis zmniejsza żywotność nośnika. Wynika to z faktu, że komórka pamięci flash może być zapisana określoną liczbę razy, po czym ulega awarii lub zużyciu. Jeśli zużycie to nastąpi kilka lat po zakupie dysku, a urządzenie wygeneruje wcześniej ostrzeżenie, że zbliża się do końca swojej użyteczności, nie jest to dużym problemem. Równoważenie zużycia Nie chcemy przy tym, aby kilka komórek w środowisku było obciążonych większością cykli zapisu i uległo zużyciu przed pozostałymi komórkami pamięci flash. Może to spowodować awarię pamięci masowej, mimo że większość pamięci będzie w dalszym ciągu sprawna. Rozwiązaniem tego problemu jest równoważenie zużycia. Mechanizm ten dba o to, aby cykle zapisu były rozłożone możliwe równo na wszystkie komórki w środowisku. To taka sama koncepcja jak w przypadku rotacji opon w samochodzie. Różne macierze dyskowe dysponują różnymi wskaźnikami sukcesu takiej dystrybucji zapisu, dlatego tak ważne jest, aby macierz zoptymalizowana pod kątem technologii flash potrafiła poradzić sobie z tą kwestią. Zasoby nadmiarowe Każdy dysk SSD ma w rzeczywistości większą pojemność niż ta oficjalnie podawana. To obszar zapasowy przestrzeń nadmiarowa. Ilość zasobów nadmiarowych wpływa zarówno na wydajność zapisu, jak i na żywotność dysku SSD. Odpowiednikiem tego rozwiązania w tradycyjnych dyskach twardych jest mechanizm short stroking dbający o krótki skok głowicy. Efektem jest zmarnowana przestrzeń. W świecie technologii flash kluczowy jest jednak fakt, że użytkownik dysponuje odpowiednimi informacjami na poziomie macierzy i może wykorzystać tę zablokowaną pojemność bez wpływu na wydajność czy żywotność. Odśmiecanie pamięci W świecie flash pamięć musi zostać skasowana przed zapisaniem w niej nowych danych. Danych nie można więc nadpisać, tak jak to miało miejsce w przypadku dysków twardych. Dyski SSD stosują zamiast tego proces odśmiecania pamięci (ang. garbage collection), który pozwala odzyskiwać przestrzeń zajętą przez zapisane wcześniej dane. W ramach tego mechanizmu kontroler pamięci flash kopiuje ważne dane z bloku pamięci flash do skasowanego wcześniej bloku i pomija kopiowanie nieważnych danych z tego bloku. Zwielokrotnienie zapisu Efektem odśmiecania pamięci jest umieszczenie ważnych danych jednocześnie w dwóch lub więcej miejscach zjawisko to jest nazywane zwielokrotnieniem zapisu (ang. write amplification). Wydawałoby się, że nie jest to nic wielkiego Jest to jednak niekorzystne, ponieważ pamięć flash obsługuje tylko ograniczoną liczbę cykli zapisu, po czym odczyt staje się niemożliwy. 7

8 SLC odchodzi nadchodzi MLC Gęstość Niskie koszty Żywotność SLC Single Level Cell MLC Multi Level Cell Pamięć flash MLC staje się coraz bardziej popularna w macierzach zoptymalizowanych pod kątem technologii flash jako sposób na obniżenie kosztów w przeliczeniu na gigabajt pamięci. Jeśli architektury pamięci masowej zoptymalizowane pod kątem technologii flash zawierają odpowiednie funkcje, które zapewniają żywotność nośnika flash zgodną z cyklami amortyzacji istniejących macierzy pamięci masowej w firmie, korzystanie z pamięci MLC nie powinno być problemem. Raport IDC 1 Globalna struktura rynku SSD wg firmy Gartner SLC 84% 2009 MLC 16% SLC 34% 2012 MLC 66% 2017 Obecnie na rynku można zaobserwować zmiany w typach stosowanych dysków SSD. Technologia SSD SLC zostaje wypierana przez dyski SSD MLC. TLC 15% MLC 77% SLC 8% Nazwa SLC pochodzi od określenia Single-Level Cell, czyli komórki jednopoziomowej. W przypadku takiej pamięci każda komórka jest naładowana i może rozróżnić tylko jedno napięcie (lub jego brak). Komórki mogą być zasadniczo użytkowane przez znacznie dłuższy czas, ponieważ rozróżniany jest tu tylko jeden poziom napięcia. Nazwa MLC pochodzi od określenia Multi-Level Cell, czyli komórki wielopoziomowej, która potrafi przechowywać 2 bity danych. Wykorzystywanie tych samych układów do zapisywania większej ilości danych zmniejsza niezawodność i długowieczność każdej komórki, dyski MLC cechują się zwykle znacznie mniejszą liczbą cykli zapisu niż dyski SLC. Z drugiej strony mogą przechowywać więcej danych na komórkę, co sprawia, że są znacznie tańsze. Aby pamięć flash została spopularyzowana, macierze dyskowe zoptymalizowane pod kątem technologii flash muszą wykorzystać najnowsze ekonomiczne zalety nośników flash. Niektóre rozwiązania flash oferowane dziś przedsiębiorstwom są obarczone istotnymi mankamentami. Przykładowo, jednym z często spotykanych na rynku pomysłów jest wykorzystanie macierzy pamięci masowej klasy korporacyjnej ogólnego przeznaczenia (które nigdy nie miały obsługiwać pamięci masowej opartej na technologii flash) i wyposażenie ich w dyski SSD. Zwykle prowadzi to do powstania wąskich gardeł w wydajności, które powodują znaczny spadek wydajności macierzy dyskowej. Jest to skutek przestarzałej architektury macierzy dyskowej, którego nie można zniwelować bez całkowitego przeprojektowania rozwiązania. 1 Analiza technologiczna IDC: Architektury pamięci masowej zoptymalizowane pod kątem technologii flash. Czerwiec 2014 r., publikacja IDC nr Z drugiej strony wiele firm, zwykle debiutantów, opracowuje lub opracowało wyspecjalizowane urządzenia zoptymalizowane pod kątem technologii flash, które mają zniwelować wspomniane ograniczenie. Oferowane przez nie rozwiązania zwiększają wydajność dzięki architekturom, które stworzono specjalnie w celu wyeliminowania wąskich gardeł występujących w starszych architekturach pamięci masowej. Ten model stwarza jednak kolejne ograniczenia: ta klasa rozwiązań wymaga innego kompromisu klient musi wprowadzić do swojego centrum przetwarzania danych całkiem odrębną i odmienną architekturę pamięci masowej, która często wymaga od niego rezygnacji z pewnej elastyczności i usług w zakresie danych. W efekcie powstaje dodatkowe, odseparowane środowisko, które zwiększa złożoność całego systemu pamięci masowej w firmie. 8

9 Liderzy rynku starszych rozwiązań nie mają architektury pozwalającej sprostać potrzebom pamięci masowej flash. Debiutanci rynkowi oferujący technologię flash i macierze SSD działają w izolacji i nie są w stanie zapewnić zaawansowanych usług w zakresie danych 2. Zalety technologii flash w różnych zastosowaniach OLTP / Web 2.0 Analizy (BI) Wirtualne pulpity Aplikacje Oracle, SAP, SQL SAS View, XenDesktop Korzyści Więcej transakcji biznesowych na sekundę Szybsze podejmowanie decyzji Przykłady Natychmiastowe skalowanie liczby użytkowników Handel akcjami Sprawniejsze wskazywanie klientów docelowych Ukierunkowane reklamy i promocje Systemy online Analizy bezpieczeństwa Handel detaliczny online Minimalizacja wpływu szczytowego obciążenia Wrażenia użytkownika zbliżone do komputera PC Wdrożenia infrastruktury pulpitów wirtualnych Przyjrzyjmy się trzem wymienionym grupom klientów docelowych. Pierwszą z nich są klienci potrzebujący dużej wydajności, tacy jak firmy z segmentu High Speed Trading, bukmacherzy internetowi i wszelkie przedsiębiorstwa, których model biznesowy wymaga szybkiego przetwarzania transakcji online (OLTP). Dla tych klientów szybkość jest atrybutem decydującym o zwycięstwie, powolność to natomiast droga do bankructwa. Nietrudno tu wskazać korzyści, na które trzeba zwrócić uwagę klienta. Drugą grupę stanowią firmy, których model biznesowy wymaga szybkiego podejmowania decyzji. To przedsiębiorstwa realizujące promocje internetowe, które w czasie rzeczywistym są ukierunkowywane na wydobyte z baz danych preferencje klientów i przekazywane tam, gdzie klienci docelowi lubią zapoznawać się z informacjami. Takie wsparcie szybkiego podejmowania decyzji pozwala firmom oferować ich klientom skuteczne programy, zanim zrobi to konkurencja. To pewny sposób na zwiększenie zysków dla udziałowców, co stanowi zasadniczy cel przedsiębiorstwa. Mamy też klientów, którzy liczą na zakończenie rywalizacji w obszarze akwizycji przez złożenie zwycięskiej oferty za pomocą szybkiego, lecz precyzyjnego wyszukiwania w swoich bazach danych. Ostatnim przykładem może być agencja rządowa odpowiedzialna za ochronę Stanów Zjednoczonych przed zagrożeniami. Agencja ta potrzebowała szybkiej macierzy do obsługi bazy danych, która mogłaby przetwarzać analizy w ciągu godzin, a nie dni. Pozwoliło to jej spełnić obowiązek, jakim jest ochrona obywateli kraju. Trzecią grupą docelową są klienci, którzy zastanawiają się nad wirtualizacją komputerów biurkowych lub wdrożyli już takie środowisko i są bliscy rezygnacji. Dla takich klientów mamy rozwiązanie, które pozwala sprostać szczytowym godzinom obciążenia operacjami I/O i pomoże im wygenerować obiecywany wcześniej zwrot z inwestycji w wirtualizację komputerów biurkowych oraz przestrzegać zapisów umów SLA ich grup użytkowników. 2 Przeprowadzona przez HP analiza łańcucha dostaw dla rozwiązań ISS i HPSD SLC, MLC oraz pamięci podręcznej hosta od 2011 do 2013 r. Rozwiązania HP wspierane przez Intel 9

10 Co jest decydującą kwestią dla rozpowszechnienia macierzy typu all-flash? Ceny pamięci flash Klasa wyższa Automatyczne tworzenie warstw? Pamięć flash warstwy 1 Obecnie Przyspieszenie wszystkich aplikacji o znaczeniu krytycznym Przyspieszenie Przystępna cena Klasa korporacyjna Jeśli spojrzymy na rynek macierzy typu all-flash, stwierdzimy, że konieczne są trzy elementy, aby zastąpiły one popularne systemy pamięci masowej. Po pierwsze, niezbędny jest przewidywalny czas reakcji. Po drugie, technologia flash musi stać się przystępna cenowo. Powodem, dla którego technologia flash jeszcze się nie przyjęła, jest jej zbyt wysoka cena. Obecnie możemy zaoferować ceny poniżej 2 USD za użyteczny gigabajt, dzięki czemu macierz flash jest tańsza niż macierz z dyskami obrotowymi. Trzecim niezbędnym elementem, który pozwoliłby pamięci flash zastąpić tradycyjne systemy pamięci masowej, jest dostosowanie jej do przedsiębiorstw i zadbanie o elastyczność klasy korporacyjnej. Dlatego HP wprowadza nową, bezwarunkową pięcioletnią gwarancję, aby klienci mogli poczuć się bezpiecznie jako użytkownicy macierzy typu all-flash. Rozwiązania HP wspierane przez Intel 10

11 Olbrzymia szansa Według IDC technologia flash to rewolucyjna siła napędzająca transformację w branży Macierz typu all-flash 2017 Macierz hybrydowa 1,6 mld USD 58,5% CAGR 14,3 mld USD 21,1% CAGR Ponad połowa środowisk korporacyjnych korzysta z pamięci flash już teraz! Technologia flash to rewolucja w rozwiązaniach IT. Według prognoz IDC do 2016 r. rynek ten będzie wart 1,6 mld USD. Nadszedł czas na wykorzystanie technologii flash. Fala nadciąga czy tego chcemy, czy nie... Nie możemy zostać w tyle. 3 Prognozy IDC na 2014 r., styczeń 2014 r. 11

12 Copyright 2015 Hewlett Packard Development Company L.P. Informacje zawarte w niniejszym dokumencie mogą ulec zmianie bez powiadomienia. Jedyne warunki gwarancji na produkty i usługi HP są określone w kartach gwarancyjnych dostarczanych wraz z tymi produktami lub usługami. Żaden zapis w niniejszej publikacji nie może być traktowany jako udzielenie dodatkowej gwarancji. HP nie ponosi odpowiedzialności za błędy techniczne lub redakcyjne ani pominięcia w niniejszym dokumencie. Intel, logo Intel są znakami towarowymi firmy Intel Corporation w Stanach Zjednoczonych i/lub innych krajach.