固态硬碟(Solid-State Disk, SSD)的技术存在市场上已经超过十年的时间了,企业储存市场固态硬碟的部署,将会比预期中来的慢;不过,最近有越来越多的企业,已经在准备进行固态硬碟相关技术与部署的评估。
本文会以较长的篇幅,试着从固态硬碟的技术、磁碟储存系统的整合、与企业用户如何部署等三方面,来剖析固态硬碟在企业储存市场的前景。
固态硬碟的技术
从大的分类来说有二种:以动态随机存取记忆体为基础的固态硬碟(DRAM SSD),与以快闪记忆体为基础的固态硬碟(Flash SSD)。我们不讨论这两者在电子学上的基本原理,简单来说,前者就像电脑里的记忆体,是属于挥发性(volatility)记忆体,一旦失去电源供应,存放在里面的资料就会消失。后者则像USB行动碟,是属于非挥发性(non-volatility)记忆体,即使没有电源的供应,资料仍然会存在。
除了需不需要电源供应之外,另外一个主要的差别,则在其资料的存取速率;Flash SSD的存取速率自然是远高于一般旋转式磁盘的传统硬碟,它可以在2毫秒(milliseconds)的时间内维持高达25,000次随机写入的IOPS(I/Os Per Second)。而DRAM SSD则可以在15微秒(microseconds, 0.015毫秒)的时间内,维持高达400,000次随机写入的IOPS。相较之下传统磁盘硬碟则是在4到5毫秒的时间内,维持150到300次的随机写入IOPS。
如果以比较具体化的表示方式,DRAM SSD可以在数秒之内拷贝一整张DVD内的影音资料(假设资料的输出速率不是问题的话),而Flash SSD则要花费将近一分钟的时间才能完成这个动作。
最后一个区别则是资料存取的方式,就如其名称所显示,DRAM SSD是以随机的方式来存取资料,Flash SSD则是以循序的方式来存取资料,因此必须依靠一个控制器将循序的资料正确的呈现出来。
Flash SSD本身在技术上又有一些不同的区别:NAND和NOR两种flash,由于成本较低,用在储存系统上的多为NAND。而NAND又可分为单阶储存单元(Single-Level Cell, SLC)和多阶储存单元(Multi-Level Cell, MLC)两种,前者虽然成本较高,但拥有比后者更高的传输速度,更低的功率消耗,和更佳的可靠性。
SLC flash SSD主导着企业储存的固态硬碟市场,预估约有八成的市占率,不过如果制造商持续改善控制器技术和储存管理软体,MLC Flash SSD将会逐步扩大它的市占率到MLC 40% SLC 60%。事实上,MLC更适合读取集中型的应用。
快闪记忆体在写入资料前必须先经过一道“抺除”的过程,把储存单元上的旧资料先清除后,再写入新的资料。抺除的这个程序就是“快闪”这个词的由来,经由高压充电来抺除资料,抺除资料的过程是要付出代价的,就是储存单元储存能力的恶化-耗损。
在耗损这个问题上,SLC要比MLC来得好,业界一般的标准是SLC的写入/抺除或耐久性循环约为100,000次,而MLC的数字约为10,000次。好消息是现在应用在传统硬碟上的错误侦测与改正技术将会应用在SSD上,现在SSD上使用的是每一个磁区资料,使用8位元到16位元的错误侦测与改正技术(ECC),相较于此,传统硬碟上同样资料量用的是500位元的错误侦测与改正技术,这将会使得SSD的资料更可靠。
较昂贵的DRAM没有耗损的问题,理论上DRAM SSD可以提供无限次数的写入能力,有趣的是,在这一波的Flash SSD兴起之前,市场上传统的SSD厂商都是供应DRAM SSD的。
目前看起来MLC并不适于做为企业储存系统的组件之一,即使MLC占NAND flash全体出货量的90%,但只有很小一部份是用在企业储存上;但随着成本降低的需求,制造商正在寻求方法来改善MLC,使它可以适用于某些特定的企业应用。