有利於企業的快閃記憶體數據存儲的新用例

摘要：

採用諸如NVMe和基於內存匯流排的快閃記憶體DIMM等協議有助於快閃記憶體存儲設備滿足企業最苛刻的用例。

高性能存儲系統已經在企業中採用在一段時間了。在20世紀90年代，這些系統是基於DRAM的，主要用於加速面向事務的資料庫。。這些系統的費用使他們難以自圓其說，並限制了他們的應用程序，大量的性能加速將使組織花費更多的費用。

時代已經改變。隨著成本下降，高性能快閃記憶體數據存儲系統變得更加容易理解，將其轉移到企業中並擴大其採用。如今，快閃記憶體正在以每GB的價格不斷降低，因此，數據存儲用例再次發生變化。

快閃記憶體成為主力

企業以前只能部署快閃記憶體數據存儲系統，如動態RAM(DRAM)內存，用於利用其性能的應用程序。但是快閃記憶體現在是主要數據存儲的媒介。任何能夠使用主存儲器的應用程序或數據集也可以使用快閃記憶體。

快閃記憶體採用的下一個步驟將推動技術向三個方向發展。最令人驚訝的是進入二級存儲，如歸檔和備份。另一個是比現在可用的存儲具有更快的性能。第三種是將快閃記憶體作為DRAM內存的替代品。

快閃記憶體用於二次存儲

五年前，在二次存儲系統中使用快閃記憶體很罕見，因為其價格高昂。隨著價格的持續下滑和存儲密度的增加，這一變化正在改變，存儲系統供應商可以在2U到3U的封裝中提供PB級的存儲容量。隨著更多的數據中心建設和供電的成本越來越具有挑戰性，將更多的容量壓縮到同一空間的想法變得更加讓人信服，即使它更昂貴一些。

同時，二級存儲服務的市場上的性能優勢也不會丟失。一個可以將其所有數據存儲在快閃記憶體上的大型數據分析項目可以在更廣泛的數據集中快速生成結果。一個擁有多年價值信息的存檔幾乎可以立即響應數據請求，這很難抗拒，特別是在一個充滿不耐煩的用戶的世界中。

這種對不可預測的訪問請求進行即時響應的能力對於媒體和娛樂等行業至關重要，這些行業曾經將其內容分發到無限數量的目的地，不管他們是否願意。它現在是一個幾乎完全按需操作的行業，等待特定用戶請求一個內容，那就是Netflix。

磁帶和硬碟還有未來嗎?

隨著快閃記憶體繼續在數據存儲行業中佔據主導地位，人們不得不懷疑硬碟和磁帶系統在現代數據中心中的位置。在這兩種技術中，磁帶可能將會持續。

磁帶具有一些獨特的性能：忽略每千兆位元組的成本，磁帶設計為離線。在這個完全相互聯繫的世界中，數據遭到黑客的不斷攻擊，斷開連接的副本不受這些攻擊的影響。

磁帶是攜帶型的。其每盒具有高容量，下一代可達到32TB，其堅固耐用的結構意味著整個數據中心可以通過卡車運輸，其速度超過最快的廣域網連接的帶寬。

基於硬碟的系統更容易受到攻擊，特別是隨著每個快閃記憶體設備的密度增加。雖然有10TB硬碟可用，20TB硬碟也即將推出，但預計32TB快閃記憶體數據存儲設備將會更早推出。另外，為了獲得這些硬碟容量，硬碟驅動器供應商不得不以數據寫入和讀取的方式之間進行妥協。而硬碟驅動器並不是為離線而設計，並不像磁帶介質那樣可以便攜。

硬碟驅動器在每GB方面仍然比快閃記憶體更具有優勢，並且磁帶比硬碟和閃盤這二者在容量方面都有優勢。有理由相信，快閃記憶體將繼續縮小這個差距。如果每GB位元組的價格是硬碟擁有的唯一優勢，則該技術顯然有淘汰的風險。

快閃記憶體數據存儲的另一個令人驚奇的用例是備份和數據保護。備份軟體產品依賴於其資料庫，其跟蹤各種元數據。快閃記憶體的速度允許它更快地添加數據，並立即響應用戶搜索請求。但數據保護的重大轉變是恢復到位。大多數備份應用程序可以直接在備份目標上託管虛擬機的數據存儲。突然間，備份存儲剛剛成為主存儲。如果那個主存儲器充滿了高容量，壓縮和重複數據刪除的硬碟，那麼數據存儲的性能將是一個問題。這迫使一些供應商關閉這些功能，以防客戶想要使用恢復就緒功

能。

基於快閃記憶體的備份存儲系統使恢復成為可以在滿足用戶期望的性能點將應用程序返回到服務的可行方法。請記住，在故障之前，這些用戶已經習慣了主存儲系統中的快閃記憶體性能。即使在恢復狀態下，他們也可能不願意妥協。

高性能的快閃記憶體

與快閃記憶體系統速度一樣快，有些應用程序可以使用更多的速度。此外，快閃記憶體提供給企業的超額業績可能很短暫。最終，應用程序開發人員將趕上並創建需要比當前快閃記憶體系統提供更多性能的應用程序。

圍繞快閃記憶體實現的大多數性能問題與媒體本身的包圍有關。對於基於快閃記憶體的存儲系統，人們正在談論快閃記憶體介質和運行存儲軟體的內部CPU之間的內部連接。這些連接之間的延遲和軟體的質量是巨大的挑戰。

快閃記憶體正在從更昂貴但更快速的硬碟替代方案演變成為系統內存的較慢但較便宜的替代方案。

數據存儲行業開發的非易失性存儲器(NVMe)專門解決了這個問題。NVMe是存儲協議的下一步，使操作軟體能夠與媒介對話。它專為快閃記憶體設計，而其替代的SCSI協議是在硬碟時代設計的。

NVMe協議減少了SCSI堆棧中不必要的開銷。它支持比標準SCSI更多的隊列，將隊列數量從傳統高級主機控制器介面(AHCI)支持的隊列數增加到64,000。每個NVMe隊列還可以支持64,000個命令，而不是AHCI在其單個隊列中支持的32個命令。此外，NVMe協議可以比標準SCSI可以實施更多的每CPU周期。

在某些時候，數據必須離開存儲系統，並與訪問其應用程序進行通信。這是延遲降低至關重要的另一個領域，NVMe通過光纖通道支持NVMe，並在光纖通道(FC)和乙太網上工作。如今，iSCSI和FC協議傳輸SCSI。這意味著無論從帶寬的角度看，它們的速度有多快，它們都受到SCSI單線程的影響。NVMe允許他們利用更多的隊列和命令，基本上優化這些更快的網路。

快閃記憶體作為內存

快閃記憶體的使用壽命更高，可以更快速地替代硬碟。現在，它已經準備好發展成為系統RAM的一種較慢但成本更低的替代方案。內存資料庫，大數據分析處理以及高度密集的虛擬化和集中化環境驅動了伺服器中RAM的需求。問題是RAM價格是昂貴的，大多數伺服器對IT部門每個伺服器可以安裝內存數量有所限制。許多這些內存資料庫環境中購買額外的伺服器不是因為它們需要更多的計算能力，而是因為它們需要更多的內存。

快閃記憶體數據存儲作為RAM本質上是快閃記憶體安裝在內存模塊上，它被設計成進入系統主板。由於快閃記憶體的容量密度高於DRAM，所以伺服器的容量比以往任何時候都要高。由於快閃記憶體可以安裝在內存匯流排中，因此它具有允許其與CPU通信的高速網路。快閃記憶體驅動程序將自動管理從快閃記憶體內存到DRAM內存的數據移動。本質上，它為內存創建了一個分層機制。

因為快閃記憶體內存需要更新的ROMBIOS，IT專業人員必須驗證哪些伺服器供應商支持哪些快閃記憶體內存(如果有的話)。

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