Hlavní strana -> Zprávy
Aktuality -> Hardware - Dnes - redakce

Není SSD jako SSD

Proč servery a datová centra potřebují jiné SSD než běžný uživatel

Firmy a datová centra ve svých úložných řešeních stále častěji nahrazují pevné disky (HDD) výkonnějšími SSD disky určenými pro servery a datová centra. Čím se tyto SSD liší od běžných klientských SSD disků, které známe např. z domácích počítačů?



SSD disky ovládly počítače všech kategorií. Drtivá většina PC a téměř všechny notebooky dnes jako své datové úložiště využívají výkonné SSD. Radost z nich tak mají i běžní uživatelé, kterým se výrazně rychleji spouští systém i aplikace. Zásadní přínos ale mají SSD především pro servery a datové centra. Tradiční pevné disky (HDD) už zde totiž dávno narazily na své limity, a proto se hledala modernější a účinnější úložná řešení, která by dokázala efektivněji a rychleji pracovat s velkými daty a zároveň zvýšit spolehlivost datových center a snížit provozní náklady. A právě zde se otevírá velký prostor pro využití SSD disků.
 
„Dnes exponenciálně roste potřeba výkonných a odolných SSD i pro servery a datová centra. SSD disky a operační paměti jsou totiž komponenty, které dokážou jednoduše a velmi efektivně zvýšit rychlost a celkový výkon počítačů,“ vysvětluje Marcin Gaczor, zástupce společnosti Kingston pro Českou republiku a Slovensko.
 

Výkon, spolehlivost a životnost

SSD disky byly od počátku vyráběny tak, aby je bylo možné snadno použít jako přímou náhradu za pevný disk (HDD) založený na rotačních magnetických plotnách. K dispozici jsou proto v různých formátech včetně např. nejrozšířenějších tradičních 2,5″ pouzder. V závislosti na konkrétním modelu se u SSD používají standardní komunikační rozhraní jako SATA nebo SAS, ale v poslední době stále více využívají i modernější a výkonnější rozhraní NVMe. Není tak problém najít vhodný SSD z hlediska provedení i rozhraní. Snadná nasaditelnost ovšem nezaručuje, že všechny SSD disky jsou z dlouhodobého hlediska vhodné pro všechny aplikace a způsoby využití.
„Serverové SSD disky jsou postaveny úplně jinak než běžné SSD disky pro pracovní stanice nebo notebooky,“ upozorňuje Marcin Gaczor ze společnosti Kingston.
 
U serverových SSD se počítá s jinou pracovní zátěží než u klientských počítačů, a proto jsou požadovány jiné vlastnosti a konstrukce disků. Disky v serverech a datových centrech musí být připraveny na mnohem vyšší zátěž, protože zde není výjimkou stoprocentní cyklus přepisu všech dat v průběhu 24 hodin, sedm dní v týdnu a po celý rok.
Díky rozdílům v konstrukci mezi jednotlivými modely a různým typům pamětí NAND se může výběr správného úložného zařízení SSD pro podnikové servery a datové centrum stát dlouhým a náročným procesem hledání a kvalifikace mnoha různých dodavatelů a typů produktů SSD.
„Při výběru SSD pro servery vás mohou lákat nabídky klientských SSD se zdánlivě výhodnými počátečními náklady a očekávaným výkonem. Velmi rychle se ale přesvědčíte, jak špatná je taková ‚výhodná‘ investice, zejména když se SSD disky začnou předčasně opotřebovávat, dosahují mnohem nižšího trvalého výkonu při zápisu po dobu jejich očekávané životnosti nebo zavádí další latenci do datového úložiště. Takový disk vám způsobí řadu problémů, které povedou k předčasné výměně celého pole,“ vysvětluje Gaczor.
 
 
Enterprise a klientské SSD disky odlišují tři klíčové vlastnosti – výkon, spolehlivost a životnost. Právě na ně byste se měli při rozhodování o výběru disků pro podnikové úložiště nebo datová pole primárně zaměřit.

Výkon

SSD disky dosahují vysokého výkonu jak při sekvenčním, tak při náhodném čtení a zápisu díky vícekanálové architektuře a paralelnímu přístupu řadiče k čipům NAND. Při typickém scénáři datového centra, které najednou zpracovává obrovské množství dat a musí obsloužit velký počet klientů, často s potřebou současného přístupu ke stejné datové položce, je klíčová nízká latence. Každé drobné zaváhání má velký vliv na kvalitu služeb tak, jak ji vnímají samotní uživatelé, a tím i na jejich produktivitu.
Datová úložiště (ať už typu NAS, DAS či SAN) tak mohou být negativně ovlivněna nekonzistentním výkonem jednotlivých disků, což se projeví na latenci, trvalém výkonu i celkové kvalitě služby vnímané uživateli. Proto jsou SSD disky třídy Enterprise optimalizovány nejen na špičkový výkon v prvních sekundách, ale díky větší rezervní kapacitě (Over-Provisioning, OP) nabízejí i vyšší trvalý výkon v ustáleném stavu po delší dobu.

Spolehlivost

Paměť NAND Flash má omezenou životnost, protože při zápisu nebo mazání dochází k postupnému opotřebení paměťových buněk a je třeba počítat i s přirozeně se vyskytující chybovostí. Přímo během výrobního procesu se pro NAND Flash testuje každý výřez z křemíkových destiček a označuje se surová bitová chybovost (BER nebo RBER). Pomocí ní se definuje míra, s jakou se v NAND Flash přirozeně vyskytují bitové chyby bez použití korekčního kódu (ECC) a kterou dokáže přímo opravit řadič SSD bez narušení přístupu uživatele nebo systému.
Schopnost opravit tyto bitové chyby lze interpretovat pomocí metriky UBER (Uncorrectable Bit Error Ratio), přičemž podle standardů definovaných organizací JEDEC už v roce 2010 musí SSD třídy Enterprise zvládat vyšší pracovní zátěž, extrémnější pracovní podmínky a zotavení z vyšší BER než klasické klientské SSD disky.
Při aplikaci požadavku UBER se např. podle JEDEC očekává, že u SSD třídy Enterprise se vyskytne pouze 1 neopravitelná bitová chyba v poměru 1 bitová chyba na každých 10 biliard bitů (~ 1,11 petabajtu). Pro srovnání, u klientských SSD je to 1 bitová chyba na 1 biliardu bitů (~ 0,11 petabajtu).
Pro vyšší spolehlivost mají např. Enterprise SSD disky Kingston technologie pro obnovu poškozených bloků pomocí paritních dat uložených v jiných NAND (podobně jako u polí RAID). V rámci komplexní ochrany se využívá i pravidelné vytváření kontrolních bodů (checkpointů), cyklická redundantní kontrola (CRC) a oprava chyb pomocí ECC. End-to-end ochrana kontroluje integritu dat během jejich ukládání do interní vyrovnávací paměti SSD a při zápisu nebo zpětném čtení z oblastí úložiště NAND.
Kromě ochrany proti bitovým chybám obsahují SSD disky Kingston i fyzické obvody pro detekci ztráty energie, které spravují napájecí kondenzátory přímo v SSD discích. Při neočekávané ztrátě napětí poskytují dočasné napájení obvodů SSD k dokončení jakýchkoli interních nebo externích zápisů před úplným vypnutím SSD disků. Pomáhá to chránit data a aplikace, u kterých není možné po výpadku obnovit ztracená data.
 

Životnost

V závislosti na třídě a kapacitě SSD lze část paměti NAND Flash vyhradit jako rezervní kapacitu (Over-Provisioning, OP). Kapacita OP je pro uživatele i operační systém skrytá, ale využívá se jako vyrovnávací paměť pro zápis kvůli vyššímu trvalému výkonu a jako náhrada za vadné paměťové buňky po dobu životnosti disku SSD, což zvyšuje spolehlivost a životnost SSD.
Celá paměť NAND Flash se postupně opotřebovává. S každým zápisem nebo mazáním (cyklus Program/Erase) se zkracuje život paměťové buňky NAND Flash, dokud už nebude schopna spolehlivě ukládat data. V tom okamžiku se degradovaný nebo poškozený blok odstraní z uživatelsky adresovatelné oblasti a adresa logického bloku (LBA) se přesune na novou fyzickou adresu v úložném poli NAND Flash. Nový úložný blok, který je součástí rezervní kapacity SSD, nahradí poškozený blok. Implementovaná sada manažerských technik tak spravuje schopnost buněk spolehlivě ukládat data po dobu předpokládané životnosti SSD.
Počet P/E cyklů se ale může podstatně lišit v závislosti na aktuálním výrobním procesu litografie a typu vyrobeného NAND Flash. Enterprise SSD musí nepřetržitě odolávat velké aktivitě ve scénářích typických pro servery a datová centra s provozem 24/7, zatímco běžné klientské disky jsou obvykle v provozu jen asi 8 hodin denně a s pracovním cyklem 20/80 (20 % aktivního času, 80 % v pohotovostním režimu nebo v režimu spánku i při používání počítače).
Pochopení životnosti a výdrže SSD disku může být složité, a proto výbor JEDEC navrhl jako jednotnou metriku měření životnosti hodnotu Total Bytes Written (TBW), která označuje množství dat zapsaných na disk SSD během jeho životního cyklu.
TBW je samozřejmě jen orientační model predikce výdrže na úrovni samotné NAND paměti. Spolehlivost a životnost na úrovni komponent zařízení lépe vystihuje metrika MTBF (Mean Time Between Failure). Všechny Enterprise SSD disky by měly mít minimálně dva miliony hodin MTBF, což představuje více než 230 let! Disky dnes tuto hranici reálně spíše překračují, ačkoli 230 let je již dobrý výchozí bod.
Monitorování a hlášení zaznamenaná v SMART na discích SSD umožňují snadný přehled o aktuální životnosti zařízení a úrovni opotřebení. Často jsou k dispozici i prediktivní varování před selháním u poruchových událostí, jako je ztráta napájení, bitové chyby vznikající na fyzickém rozhraní nebo nerovnoměrné rozložení opotřebení. Běžné klientské SSD mohou obsahovat jen minimální výstup SMART pro sledování disku SSD během standardního používání, takže není možné získat tak podrobná data o jejich životaschopnosti a včasné varování před kritickým stavem.

Řešení Enterprise vs. koncový uživatel

Existují i další výrazné rozdíly, o kterých bychom mohli diskutovat, počínaje způsobem ukládání a mazání dat v paměti NAND Flash až po složité techniky správy vyhovující různým pracovním zátěžím aplikačních tříd. Podstatný je ale fakt, že enterprise a klientské SSD nelze porovnávat jen podle základních parametrů, jako jsou maximální rychlost, kapacita a cena. Jde o odlišný systém práce s daty, výkonem, spolehlivostí a životností. Zejména u datových center, ale i menších serverů je nutné pochopit tyto rozdíly, abyste dokázali minimalizovat a řídit riziko přerušení provozu, a to v často extrémním prostředí, jehož požadavky neustále rostou.

 
  

- PR -

Informační systém MoNET

Moderní GIS jako klíč k efektivní správě vodárenské infrastruktury pro města a obce


Vodárenská infrastruktura patří k systémům, u nichž se význam kvalitních dat a jejich dostupnosti naplno projeví až ve chvíli, kdy je potřeba rychle řešit konkrétní provozní situaci. Evidence vodovodních a kanalizačních sítí, jejich technických prvků, tlakových a monitorovacích zón, hydrantů, výustních objektů nebo vztahů k okolním pozemkům vytváří rozsáhlý datový celek, který už dnes není možné efektivně spravovat pouze pomocí tabulek, dokumentů a izolovaných aplikací. Moderní vodárenská organizace potřebuje mít informace o své infrastruktuře propojené, aktuální a dostupné lidem, kteří s nimi pracují v kanceláři i přímo v terénu.

  

- PR -

Zpátky do lavic: Bez čeho se váš školák letos neobejde?

Aktovka, penál, iphone a notebook. Poradíme, jak vybrat techniku, která dítěti opravdu vydrží.