固态硬盘在企业存储领域的优劣势分析

　　0层级存储可能是一个较新的词汇，但是0层级存储最常使用的固态存储技术，却存在了许多年。直到最近在消费电子领域的NAND flash的高速发展，才使得制作NAND flash的成本大大降低。NAND flash逐渐开始被用于需要高性能表现的高端应用。

　　最近，EMC将支持SSD的能力加入了Symmetrix产品线，这就是一个明确的信号，相信未来，固态存储不会再是小众化的选择，而将逐步进入主流产品配置。但是目前大多数磁盘阵列厂商都没有将固态存储加入到产品线，因为现在企业级NAND flash的价格虽然下降了不少，但是对比企业级FC磁盘，还是贵很多。

　　磁盘阵列厂商虽然没有大规模的采用NAND flash，但是他们对于NAND flash的兴趣与日俱增。而过去的固态存储多是基于DRAM的。DRAM和NAND flash在容量、稳定性等方面都有所不同。

　　NAND flash与DRAM

　　NAND flash对比DRAM有一个较大的优势：保存数据不用电力支持。所以，对于USB thumb这样的设备、相机、手机而言，还是很有吸引力的。也正是因为消费电子市场的需求驱动，大量的金钱被投入到了NAND flash的研发。结果就是NAND flash急速发展，NAND flash拥有了越来越大的容量、越来越好的I/O能力，而且价格不断走低。

　　2004年到2006年，多数NAND flash还是2Gbit 或4Gbit的 multi-level cells (MLCs)，而更低容量的single-level cell (SLC) NAND flash则被用于企业领域，当时还是90纳米制程，最大支持每cell 2bits。今天50nm制程的16Gbit的 MLC flash支持3bits和4bits每cell，这样的配置已经很常见了。

　　NAND flash中， MLC flash的可靠性和速度都稍差，但是容量较高。而single-level cell (SLC) 的容量较小，却有更高的速度。因此SLC多被用于企业存储系统。尽管企业级的基于flash的SSD的价格还大概是相同FC磁盘的20倍，但是其价格下降的速度却相当迅速。从另一个角度来看，每I/O的价格，固态驱动器已经是更划算的选择。Enterprise Strategy Group (ESG)企业策略集团的分析师Mark Peters认为"未来3~5年，固态硬盘将会变成商业存储的标准。"

　　分层存储的最高级

　　面对固态存储和高级硬盘，用户可以有选择的部署应用。关键应用，例如事务处理和数据库系统，现在是固态存储最常用的地方。目前，Exchange Server 和SQL database就经常部署在固态存储之上。纽约奢侈品商店Loro Piana 的IT经理Aaron Martin表示"我们最近在10Gigabit 以太网 Nimbus [Data Systems Inc.]上测试固态存储，以便评估固态存储对于整体性能的提升。"

　　在磁盘阵列上，随着固态存储被越来越多的使用，数据在固态存储层级和其他层级之间的自动迁移的能力变得很重要。尽管层级存储管理和信息生命周期管理，目前都支持数据在不同层级之间的自动迁移，但是仍旧只有20%的企业级客户采用自动迁移。大部分的公司还是采用手动来迁移0层级存储和其他层级之间的数据。

　　IBM的系统存储产品线首席策略师Clod Barrera表示"为了让0层级存储更有效率，管理软件应该充分的支持数据在不同层级之间的迁移。我们将在IBM的DS8000磁盘阵列中，添加0层级存储，TotalStorage Productivity Manager将可以管理0层级存储。

　　除了IBM，EMC'的Symmetrix的Management Console（管理控制台）也支持数据在不同层级之间的迁移，其中也包括0层级。"

　　随着固态硬盘的价格和传统硬盘的价格逐渐接近，传统的高端磁盘驱动器需求可能将会被SSD所取代。此外，由固态硬盘所组成的0层级的容量将会增长，而高端磁盘组成的1层级存储容量将可能适度缩小。

　　当然，或许未来的固态存储将完全取代磁盘存储。F5 网络公司的数据系统架构副总裁Rick Gillett表示"虽然存储可能有很多层级，但总体而言有两个层级：第一个是高性能层级，这个层级越来越多的由固态存储担任；而另一个是高容量层级，依旧由廉价的SATA担任。"

　　与传统磁盘对比SSD的性能优劣势

　　与传统磁盘比较，固态应判除了有着突出的性能优势，还拥有节能方面的突出特性。

　　费用：按照容量考虑，固态硬盘是传统硬盘价格的20倍。如果考虑每I/O的性价比，固态硬盘更划算。

　　性能：固态硬盘比传统磁盘各方面都强，有更高的I/O和更低的延迟。基于NAND flash的固态存储，对比企业级磁盘有较低的写速度。

　　能耗：固态硬盘每瓦特，可以执行1000次操作，而传统的企业级磁盘，只能进行5次操作。

　　可靠性：固态存储比传统磁盘更容易损耗。

　　固态存储固然有着较高的性能和较低的能耗，但是固态存储也面临若干挑战，等着存储厂商去解决。

　　可靠性：NAND flash在寿命终结之前，一个flash-memory cell只允许一定量的写操作。EMC的高级产品主管Bob Wambach表示， "100,000次循环对于一个SLC flash cell是很正常的，可实际上，你肯定想要更大的寿命完结前的写次数。100,000次循环，真的很局限。"

　　尽管 100,000次写操作对于flash cell而言不是太令人满意，但是像STEC这样的公司还是可以保证他们的产品有三年以上的质保，MTBF(平均无故障时间)也达到了2~4百万小时，而传统上的企业级硬盘只有1百万小时的MTBF。硬盘使用寿命的延长，得益于STEC的一些技术，例如用损耗平衡算法来分布写操作到不同的Cell上，来进行坏区管理。目前的NAND flash已经可以满足企业级的需求。除此之外，很多磁盘阵列厂商也将固态硬盘纳入了RAID配置中，这样就更进一步减少了数据损失的风险。

　　读和写性能差距：flash cell写操作性能的缓慢和读操作性能的高速形成了鲜明的对比。Flash cell的写速度和寿命都不理想的根本原因，主要是由于flash cell处理写操作的方法特殊：cell组成区块被访问，而当写一些数据到一个区块的时候，区块中的cell都需要开放，而已经存在的内容需要被擦除，最后cell需要被关闭。这个过程无疑增加了写数据的复杂程度和时间。

　　近年，通过小DRAM缓存技术的使用，企业级flash驱动器厂商开始拉近读和写之间的距离。STEC的市场发展部副总裁Pat Wilkinson表示"我们的企业级Zeus驱动器支持18,000随机写IOPS和52,000随机读IOPS。"这恐怕达到了企业级磁盘的数百倍，在企业级磁盘中，如果想要提升存储的IOPS，恐怕只能增加磁盘的数量。