SSD-накопители Samsung большой емкости для серверов
Популярность применения флэш-памяти в СХД и серверах стремительно растёт. Это связано с динамичным развитием решений на флэш-памяти и снижением её стоимости, ростом потребности в высокой скорости доступа к данным. Для СУБД, виртуализации и VDI количество операций чтения/записи (IOPS) куда важнее скорости последовательных операций с большими файлами. И здесь SSD проявляют свои лучшие качества.
Сегодня в линейках продуктов многих вендоров уже имеются накопители SSD ёмкостью более 1 Тбайта. Контроллеры стали достаточно продвинутыми, чтобы управлять такой ёмкостью, а флэш-память NAND — достаточно недорогой, чтобы подобные продукты сохраняли свою ценовую привлекательность. Следующий шаг — флэш-накопители ёмкостью в несколько терабайт. Подобные устройства уже появились — модели на 2TB Samsung 850 Pro и EVO.
Третье измерение: 3D V-NAND
За последние три года компания Samsung стала одним из ведущих игроков мирового рынка SSD. Результатом ее стратегии вертикальной интеграции стал накопитель SSD 840 — первый массовый продукт SSD на основе флэш-памяти TLC NAND, применение которой позволило Samsung снизить стоимость устройств. И сегодня накопитель 840 EVO остается единственным массово выпускаемым SSD на основе TLC NAND.
Популярность у пользователей завоевала также линейка накопителей SSD 840 Pro емкостью 128, 256 и 480 Гбайт на памяти MLC. В них разработчики применили новый контроллер MDX. Он построен на базе трех ядер Cortex-R4 и использует восьмиканальную структуру, а также возросшую до 300 МГц тактовую частоту. Его вычислительная мощность позволили использовать некоторые дополнительные функции без потерь производительности, например, шифрование AES.
Емкость буферной памяти накопителя 840 Pro выросла 512 Мбайт. Память DDR2 сменила память LPDDR2, что позволило снизить потребление энергии.
Производительность накопителей серии 840 при использовании бенчмарка Samsung Magician.
Флэш-память MLC от Samsung в этих SSD выполнена по нормам 21-нм техпроцесса и имеет двухуровневую структура ячеек. Память MLC чаще применяется на производительных и дорогих решениях, а в бюджетных моделях используется флэш-память TLC с более низким числом циклов перезаписи и более медленной скоростью.
Два года спустя Samsung представила накопитель SSD 850 Pro на памяти 3D NAND.
Что представляет собой многослойная флэш-память, в чем ее особенности? Масштабируемость традиционной флэш-памяти NAND ограничена. Технологический процесс 20 нм стал препятствием, преодоление которого потребовало инноваций в дизайне NAND. В обычной флэш-памяти типа NAND ячейки, в которых хранится информация, плоские. Такую память просто изготавливать, но она обладает рядом недостатков — для увеличения ёмкости приходится уменьшать размеры ячеек, растет их влияние друг на друга и снижается надёжность хранения информации. Решением стала память 3D NAND или V-NAND, как ее называет Samsung. Разработчики добавили «третье измерение», расположив слои транзисторов друг над другом. В результате удалось вернуться к более удобному 40-нм техпроцессу.
В архитектуре Samsung 3D V-NAND ячейки имеют цилиндрическую форму, устраняющую влияние их друг на друга, а увеличение ёмкости достигается за счёт расположения ячеек друг над другом в 32 слоя без ущерба для надёжности хранения данных и скорости работы. Такая конструкция позволяет создать более ёмкую, быструю и надёжную память. Многослойная, трехмерная флэш-память постепенно становится все сложнее. В прошлом году инженеры смогли добиться максимального количества 36 слоёв, а в 2013 году рекордными были 24 слоя. Сейчас это уже 48 слоёв.
Плотность флэш-памяти MLC NAND и MLC V-NAND в Гбит/мм2.
Накопители Samsung PM863 и SM863
В июле компания представила PM863 и SM863 — новые SSD корпоративного класса с интерфейсом SATA 6 Гбит/с. Их поставки начались в августе. В накопителях PM863 и SM863 применяется контроллер Samsung Mercury на процессоре ARM Cortex R4.
Накопители Samsung PM863 и SM863 Enterprise SATA имеют ёмкость до 3,84 Тбайт и используют флэш-память 3D V-NAND. Развернутый обзор обзор диска Samsung PM863.
Спецификации Samsung PM863:
| Ёмкость |
120 Гбайт |
240 Гбайт |
480 Гбайт |
960 Гбайт |
1.92 Тбайт |
3.84 Тбайт |
| Контроллер |
Samsung «Mercury» | |||||
| NAND |
32-слойная 128-гигабитная флэш-память Samsung TLC V-NAND |
|||||
| Последовательное чтение | 380 Мбайт/с | 520 Мбайт/с | 525 Мбайт/с | 520 Мбайт/с | 510 Мбайт/с | 540 Мбайт/с |
| Последовательная запись |
125 Мбайт/с |
245 Мбайт/с |
460 Мбайт/с |
475 Мбайт/с |
475 Мбайт/с |
480 Мбайт/с |
| Произвольное чтение блоками 4 Kбайта |
86K IOPS |
99K IOPS |
99K IOPS |
99K IOPS |
99K IOPS |
99K IOPS |
| Произвольная запись блоками 4 Kбайта |
5K IOPS |
10K IOPS |
17K IOPS |
18K IOPS |
18K IOPS |
18K IOPS |
| Энергопотребление при чтении |
2,4 Вт |
2,7 Вт |
2,9 Вт |
2,9 Вт |
3,0 Вт |
3,0 Вт |
| Энергопотребление при записи |
2,1 Вт |
2,7 Вт |
3,8 Вт |
3,8 Вт |
4,0 Вт |
4,1 Вт |
| Ресурс |
170 Тбайт |
350 Тбайт |
700 Тбайт |
1,4 Пбайт |
2,8 Пбайт |
5,6 Пбайт |
| Цена |
$125 |
$160 |
$290 |
$550 |
$1100 |
$2200 |
| Гарантия |
Три года |
Накопитель PM863 стал развитием линейки Samsung 845DC EVO:
| Характеристики накопителей Samsung 845DC EVO |
240 Гбайт |
480 Гбайт |
960 Гбайт |
| Интерфейс |
SATA 6 Гбит/с |
SATA 6 Гбит/с |
SATA 6 Гбит/с |
| Форм-фактор |
2,5 дюйма, 7 мм |
2,5 дюйма, 7 мм |
2,5 дюйма, 7 мм |
| Скорость последовательного чтения, Мбайт/c |
530 |
530 |
530 |
| Скорость последовательной записи, Мбайт/c |
270 |
410 |
410 |
| Скорость произвольного чтения блоками по 4 Кбайт, IOPS |
87000 |
87000 |
87000 |
| Скорость произвольной записи блоками по 4 Кбайт, IOPS |
12000 |
14000 |
14000 |
| Максимальное энергопотребление |
3,8 Вт |
3,8 Вт |
3,8 Вт |
| Ресурс |
150 TB |
300 TB |
600 TB |
| Наработка на отказ (надёжность) |
2 млн.часов |
2 млн.часов |
2 млн.часов |
| Гарантия |
5 лет |
5 лет |
5 лет |
Применение флэш-памяти 3D V-NAND позволило повысить производительность на 40–50%, увеличить долговечность и ёмкость накопителя. Последняя выросла до 1,92 и 3,84 Тбайт, что позволяет сделать системы хранения и серверы более компактными, например, оснастить такими накопителями серверы в корпусе 1U и обойтись без внешних массивов и подключаемых по FC СХД.
Спецификации Samsung SM863:
| Ёмкость |
120 Гбайт |
240 Гбайт |
480 Гбайт |
960 Гбайт |
1,92 Тбайта |
| Контроллер |
Samsung «Mercury» |
||||
| NAND |
32-слойная память Samsung MLC V-NAND |
||||
| Последовательное чтение |
500 Мбайт/с |
520 Мбайт/с |
520 Мбайт/с |
520 Мбайт/с |
520 Мбайт/с |
| Последовательная запись |
460 Мбайт/с |
485 Мбайт/с |
485 Мбайт/с |
485 Мбайт/с |
485 Мбайт/с |
| Произвольное чтение блоками 4 Kбайта |
97K IOPS |
97K IOPS |
97K IOPS |
97K IOPS |
97K IOPS |
| Произвольная запись блоками 4 Kбайта |
12K IOPS |
20K IOPS |
26K IOPS |
28K IOPS |
29K IOPS |
| Энергопотребление при чтении |
2,2 Вт |
2,2 Вт |
2,2 Вт |
2,2 Вт |
2,4 Вт |
| Энергопотребление при записи |
2,5 Вт |
2,7 Вт |
2,8 Вт |
2,9 Вт |
3,1 Вт |
| Ресурс |
770 Тбайт |
1,540 Тбайт |
3,080 Тбайт |
6,160 Тбайт |
12,320 Тбайт |
| Цена |
$140 |
$180 |
$330 |
$870 |
$1260 |
| Гарантия |
Пять лет |
Если накопитель PM863 стал наследником 845DC EVO, то SM863 — преемник его старшей версии PRO. В 845DC PRO разработчики перешли на память 3D V-NAND, в то время как в SM863 для экономичности модернизировали первое поколение NAND с 24 слоями до 32-слойной версии. Поэтому у SM863 несколько ниже производительность. Однако благодаря более долговечной памяти MLC V-NAND модель SM863 хорошо подходит для приложений с интенсивной записью. PM863 же предназначен в большей степени для смешанных нагрузок, например, медиастриминга, хранения редко изменяемых данных, таких как медиа-файлы и справочники БД.
Накопители Samsung 850 Pro и EVO
В связи с растущим спросом на накопители SSD большой ёмкости Samsung также выпустила в июле две модели SSD ёмкостью 2 Тбайта с новым контроллером MHX. Конструктивно контроллер MHX аналогичен контроллеру MEX, но для работы с флэш-памятью большой ёмкости в нем увеличена ёмкость памяти DRAM.
| Comparison of Samsung SSD Controllers |
||||
| MDX | MEX (850 Pro + 850 EVO 1Tb) | MGX (850 EVO) | MHX (850 Pro + EVO 2Tb) | |
| Core Architecture |
ARM Cortex R4 |
|||
| # of Cores |
3 |
3 |
2 |
3 |
| Core Frequency |
300MHz |
400MHz |
550MHz |
400MHz |
| Max DRAM |
1GB |
1GB |
512MB (?) |
2GB |
| DRAM Type |
LPDDR2 |
LPDDR2 |
LPDDR2 |
LPDDR3 |
Для оптимальной производительности таблица адресов NAND требует около 1 Мбайта памяти DRAM на 1 Гбайт флэш-памяти NAND. С точки зрения архитектуры увеличение ёмкости DRAM контроллера — не проблема, но при этом растет и стоимость устройства. Поэтому считается, что SSD ёмкостью 2 Тбайта займут относительно небольшую нишу.
Контроллер MHX поддерживает до 2 Гбайт памяти LPDDR3, в то время как прежний контроллер MEX — лишь 1 Гбайт памяти LPDDR2. В накопителях серии EVO ёмкостью 120, 250 и 500 Мбайт используется облегченная версия MEX под названием MGX с двумя вычислительными ядрами вместо трех, но работающими на более высокой тактовой частоте.
В накопителе 850 EVO применяется та же 32-слойная 128-гигабитная флэш-память TLC V-NAND, что и в моделях 850 EVO меньшей ёмкости, но в 850 PRO используется новая 128-гигабитная 2-битовая подложка MLC.
Samsung 850 Pro: снаружи и внутри.
Спецификации накопителя 2TB 850 Pro почти идентичны его собрату ёмкостью 1 Тбайт. Производительность в точности такая же, но энергопотребление в режиме DevSleep немного выше, что объясняется наличием дополнительной памяти DRAM, несмотря на большую энергоэффективность LPDDR3 по сравнению с LPDDR2. Единственное фундаментальное изменение в 850 Pro — переход на V-NAND.
Накопитель 850 Pro имеет тот же интерфейс SATA 6 Гбит/с и контроллер MHX, что и 840 EVO. Samsung пока воздерживается от выпуска PCIe SSD — этот рынок относительно невелик. Микропрограммное обеспечение 850 Pro адаптировано к особенностям V-NAND.
Сравнение спецификаций Samsung 2TB SSD:
| Модель |
850 PRO |
850 EVO |
| Контроллер |
Samsung MHX |
|
| NAND |
Samsung 128 Гбит 40 нм MLC V-NAND |
Samsung 128 Гбит 40 нм TLC V-NAND 32-слоя |
| DRAM (LPDDR3) |
2 Гбайта |
|
| Последовательное чтение |
550 Мбайт/с |
540 Мбайт/с |
| Последовательная запись |
520 Мбайт/с |
520 Мбайт/с |
| Произвольное чтение блоками 4 Kбайта |
100K IOPS |
98K IOPS |
| Произвольная запись блоками 4 Kбайта |
90K IOPS |
90K IOPS |
| Питание |
5 мВт (DevSLP) / 3,3 Вт (чтение) / 3,4 Вт (запись) |
5 мВт (DevSLP) / 3,7 Вт (чтение) / 4,7 Вт (запись) |
| Шифрование |
AES-256, TCG Opal 2.0 & IEEE-1667 (поддерживается eDrive) |
|
| Гарантийный ресурс |
300 Тбайт |
150 Тбайт |
| Гарантия |
10 лет |
5 лет |
| Цена |
$1000 |
$800 |
Память в 850 Pro используется по-прежнему 32-слойная, то есть Samsung увеличила ёмкость при том же техпроцессе. Это упрощает производство и дает лучшую производительность при небольших ёмкостях. Компания Samsung довела расчетный объем данных — ресурс накопителей этой серии — до 300 Тбайт, а гарантия увеличена до 10 лет.
Спецификации моделей линейки Samsung SSD 850 Pro
| Ёмкость |
128 Гбайт |
256 Гбайт |
512 Гбайт |
1 Тбайт |
2 Тбайта |
| Контроллер |
MEX |
MHX |
|||
| NAND |
32-слойная память Samsung MLC V-NAND |
||||
| Ёмкость слоя NAND |
86 Гбит |
128 Гбит |
|||
| DRAM |
256 Мбайт |
512 Мбайт |
512 Мбайт |
1 Гбайт |
2 Гбайт |
| Последовательное чтение |
550 Мбайт/с |
550 Мбайт/с |
550 Мбайт/с |
550 Мбайт/с |
550 Мбайт/с |
| Последовательная запись |
470 Мбайт/с |
520 Мбайт/с |
520 Мбайт/с |
520 Мбайт/с |
520 Мбайт/с |
| Произвольное чтение блоками 4 Kбайта |
100K IOPS |
100K IOPS |
100K IOPS |
100K IOPS |
100K IOPS |
| Произвольная запись блоками 4 Kбайта |
90K IOPS |
90K IOPS |
90K IOPS |
90K IOPS |
90K IOPS |
| Питание в режиме DevSleep |
2 мВт |
5 мВт |
|||
| Питание в режиме Slumber |
Max 60 мВт |
||||
| Активное питание (чтение/запись) |
Max 3,3 Вт / 3,4 Вт |
||||
| Шифрование |
AES-256, TCG Opal 2.0 & IEEE-1667 (поддерживается eDrive) |
||||
| Гарантийный ресурс накопителя |
150 Тбайт |
300 Тбайт |
|||
| Гарантия |
10 лет |
Производительность 850 Pro флэш-память V-NAND обладает высокой скоростью записи, превышающей производительность шины SATA 6 Гбит/c. Еще одно ее качество — долговечность. Для всей ёмкостей, исключая 128 Гбайт, гарантийный ресурс составляет 150 Тбайт. При типовой нагрузке такой ресурс означает продолжительный срок службы SSD — более 56 лет при ёмкости 1 Тбайт.
Однако от более дорогих накопителей корпоративного уровня модель 850 Pro отличает отсутствие защиты от сбоя питание и комплексной защиты данных.
В отличие от многих производителей, компания Samsung самостоятельно выпускает все компоненты своих SSD-накопителей. В частности, она использует процессор собственного изготовления, тогда как большинство вендоров довольствуется популярными моделями SandForce или Marvell. Результатом этого является высокая надёжность, эффективность и слаженность работы всех компонентов накопителя.
Как и версия 2TB Pro, накопитель EVO имеет параметры производительности, аналогичные модели ёмкостью 1 Тбайт, но более высокое энергопотребление — из-за увеличенной ёмкости памяти NAND и DRAM. От 2TB Pro этот накопитель отличает использование памяти TLC V-NAND, более экономичной в производстве: хранение трех битов в одной ячейке вместо двух дает более высокую плотность записи. Пользователю доступно 2000 Гбит ёмкости — на 48 Гбит меньше, чем в 2TB 850 Pro. Часть памяти NAND отводится под кэш Turbo Втrite SLC. Память TLC также требует большего резервирования ёмкости при записи для повышения её долговечности.
Спецификации Samsung SSD 850 EVO:
| Ёмкость |
120 Гбайт |
250 Гбайт |
500 Гбайт |
1 Тбайт |
2 Тбайт |
|
| Контроллер |
MGX |
MEX |
MHX |
|||
| NAND |
Samsung 32-слойная память TLC V-NAND 128 Гбайт |
|||||
| DRAM |
256 Мбайт |
512 Мбайт |
1 Гбайт |
2 Гбайт |
||
| Последовательное чтение |
540 Мбайт/с |
540 Мбайт/с |
540 Мбайт/с |
540 Мбайт/с |
540 Мбайт/с |
|
| Последовательная запись |
520 Мбайт/с |
520 Мбайт/с |
520 Мбайт/с |
520 Мбайт/с |
520 Мбайт/с |
|
| Произвольное чтение блоками 4 Kбайта |
94K IOPS |
97K IOPS |
98K IOPS |
98K IOPS |
98K IOPS |
|
| Произвольная запись блоками 4 Kбайта |
88K IOPS |
88K IOPS |
90K IOPS |
90K IOPS |
90K IOPS |
|
| Питание в режиме DevSleep |
2 мВт |
2 мВт |
2 мВт |
4 мВт |
5 мВт |
|
| Питание в режиме Slumber |
50 мВт |
60 мВт |
||||
| Активное питание (чтение/запись) |
Макс 3,7 В / 4,4 В |
3,7 В / 4,7 В |
||||
| Шифрование |
AES-256, TCG Opal 2.0, IEEE-1667 (eDrive) |
|||||
| Расчетный объем данных (ресурс накопителя) |
75 Тбайт |
150 Тбайт |
||||
| Гарантия |
5 лет |
По сравнению с серией 840 EVO, накопители серии 850 EVO показывают на 13% более высокий уровень производительности. Они так же обеспечивают высокую скорость последовательного чтения и записи — 540 и 520 Mбайт/с соответственно.
Тест на выживание
SSD-накопители серии 850 EVO гарантируют надёжность и долговечность за счёт удвоения жизненного цикла в сравнении с предыдущим поколением накопителей серии 840 EVO, что подтверждается пятилетней гарантией на устройства. А учитывая среднее повышение производительности (Sustained Performance) до 30%, накопители этой серии становятся одними из самых привлекательных решений для хранения данных.
Гарантийный ресурс SSD-накопителей 850 PRO также в два раза превышает ресурс их предшественников — серии 840 PRO. Каждя ячейка памяти выдерживает 6 тыс. циклов перезаписи. Ресурс записи накопителей SSD 850 PRO емкостью 128–512 Гбайт и EVO — 150 терабайт данных, то есть, при записи на накопитель 40 Гбайт ежедневно ресурс будет выработан лишь через 10 лет. А у накопителей 850 PRO ёмкостью 1 и 2 Тбайта он составляет 300 Тбайт. Чтобы подчеркнуть надёжность накопителей серии 850 PRO, Samsung устанавливает на модели данной серии 10-летнюю гарантию.
Кстати, исчерпание ресурса SSD вовсе не означает потерю гарантии. Samsung проводила внутреннее тестирование накопителя 128GB 850 PRO — он выдержал запись 8 Тбайт данных и продолжал работать. Как показывают независимые тесты, реальная «живучесть» накопителя 1TB 850 PRO также превосходит ожидания. Тестировщики записали на этот SSD 6 Пбтайт данных, и он отлично работал. 3111 секторов дали сбой при стирании и были перераспределены. Это 53% пула, осталось 47%, так что накопитель вполне живой. 9-дневное хранение данных при отключенном питании показало, что всё нормально.
Петр Чаянов, Co-founder/CEO Hostkey.ru:
Мы в Хосткей уже три года используем в своих серверах SSD-диски Samsung серии Pro всех ёмкостей, доступных на рынке. В эксплуатации у нас несколько сотен SSD этого типа разных серий. За всё это время было только 2 случая выхода их из строя и сдачи по гарантии, только при пересборке серверов из-за очевидных проблем с питанием.
Использование таких SSD позволяет строить сервера с высокопроизводительной системой хранения данных за небольшие деньги. Например, типичная VPS-нода на SSD-дисках позволяет избежать использования 12-и дискового массива на SAS-дисках — мы получаем нужную ёмкость, используя пару SSD по 1Тб и пару 3Тб HDD-дисков для оперативного хранения снапшотов. Такой подход позволяет предложить цену на массовые услуги на уровне DigitalOcean и других международных лидеров рынка.
Всё больше и больше администраторов пересматривают своё отношение к SSD — ранние серии быстро выходили из строя, часто без предупреждения. Мы выкинули практически все SSD, купленные в 2010–2012 годах, они не дожили. Современные диски надёжны, удобны и обладают огромным ресурсом.
Например, наша обычная SSD-нода на 100 виртуальных машин за день записывает на диск около 2Тб данных (iostat /dev/sda 86400), т.е. ресурса её дисков хватит грубо на 13 лет. Так как диски будут заменены через 3 года по причине их устаревания, то ресурс их избыточен для данной задачи. Да, все VPS несколько раз в день реплицируются на жёсткие диски того же сервера и раз в день на внешнее хранилище.
В онлайн-конфигураторе серверов на нашем сайте можно выбрать любые комбинации из SSD и HDD носителей — от 128 до 1Тб SSD и HDD от 500 до 8Тб, включая традиционные SAS-диски на 600Гб 15К. Для аренды доступны сервера от 2 до 24 дисков и более на самых современных контроллерах от LSI.
Что дальше?
Развитие SSD считается очень перспективным направлением. В настоящее время идёт активный процесс по оптимизации функций и снижению цены на твердотельные накопители, чтобы сделать использование SSD массовым. Растет их ёмкость.
В августе на конференции Flash Memory Summit в Калифорнии компания Samsung представила самый емкий в мире накопитель SSD. В форм-факторе 2,5 дюйма может храниться 16 терабайт данных. И это при том, что ёмкость традиционных жестких дисков HDD сейчас не превышает 10 Тбайт. Такой ёмкости Samsung смогла добиться благодаря 256-гигабитной флэш-памяти 3D V-NAND с 48 трехбитными слоями TLC.
Аналитики Gartner прогнозируют постепенное сближение стоимости хранения (доллар/Гбайт) накопителей SSD и HDD. К 2017 году они почти сравняются.
Если прогресс в разработке SSD-накопителей продолжится такими темпами, то через несколько лет жесткие диски HDD вряд ли смогут составить им какую-то конкуренцию. Правда, для этого нужно значительно снизить цены на SSD. Если верить аналитикам, ждать осталось два года.
