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SSD vs.HDD:固态驱动器VS硬盘驱动器 如何选择?

2020-02-05 12:08:04 来源 : 企业网D1Net

如今,越来越多的IT团队实现从机械硬盘(HDD)到固态硬盘(SSD)的过渡。这是目前的选择和优秀实践。

而在以往,人们认为HDD硬盘是一种久负盛名的IT技术。IBM公司在1956年推出的350型RAMAC(比家用冰箱大)可以存储多达3.75MB的数据。尽管现代硬盘器体积更小,速度更快,并且能够存储数TB的数据,但在过去60多年的时间中,存储基础技术几乎没有什么变化。

HDD硬盘和磁带存储多年来在数据中心存储和IT领域几乎没有竞争对手,直到过去十年来,SSD硬盘技术开始发展成熟,不仅在容量、速度和可靠性方面可以匹敌或超越HDD硬盘,而且还可以基于某些应用降低使用成本。

大多数专家认为,SSD硬盘终将成为主流存储技术。然而,目前在HDD硬盘和SSD硬盘之间做出选择仍然并未明确。美国东北大学电气与计算机工程助理教授Devesh Tiwari说,“这并没有直接的答案。”

Tiwari建议,IT主管在决定采用特定存储应用程序存储技术之前,应该考虑各方面因素,其中包括工作负载大小和需求、延迟和带宽需求,以及存储体系结构,以及基础设施连接性要求。此外,评估诸如弹性、可靠性、可用性之类的基本存储因素也很有帮助,同时了解随着SSD硬盘技术和价格的不断发展,现在得出的结论在不久的将来可能不成立。他说:“没有什么是永恒的,因为技术正在迅速发展。”

不同类型的SSD硬盘

传统的HDD硬盘将数据存储在高速旋转的磁盘上。当磁盘旋转时,配备一对磁头(磁盘每一侧各有一个磁头)的机械臂在磁盘表面上移动以读取或写入数据。数据位组织成同心的圆形轨道。每条磁道分为较小的区域,称为扇区。大多数硬盘驱动器使用多个盘片,这些盘片安装在中心主轴上,并且它们之间有很小的间隙。HDD硬盘创建的扇区图记录了已使用的扇区以及未使用的扇区。

与HDD硬盘不同,SSD硬盘并没有活动部件。取而代之的是将数据写入和读取互连闪存芯片的基板。SSD硬盘制造商将存储芯片堆叠在网格中以实现不同的密度。为了防止波动,SSD硬盘使用浮栅晶体管(FGR)来保存电荷。即使未连接电源,此技术也可使SSD硬盘保留存储的数据。

IT组织可以使用几种不同类型的SSD硬盘,其中包括:

SLC:单级单元固态硬盘(SLC SSD)在每个单元中存储一个位,旨在提高性能、耐用性和准确性。与大多数其他闪存设备相比,SLC SSD硬盘的价格更高,它广泛用于各种关键任务的企业应用程序和存储服务。

TLC:三级单元(TLC SSD)硬盘比SLC SSD硬盘便宜。每个单元存储3位,TLC SSD硬盘通常用于对性能和耐用性要求较低的应用。该技术最适合于读取密集型应用程序。

MLC:多级单元固态硬盘(MLC SSD)每个单元存储两位,通常被视为消费级技术。虽然在内存单元中填充多个位可以节省空间,但要权衡的是其较短的使用寿命和降低可靠性。MLC SSD硬盘通常用在台式电脑和笔记本电脑中。

eMLC:企业多层单元(eMLC)技术旨在超越SLC SSD硬盘和MLC SSD硬盘之间的性能、可靠性和价格差距。虽然eMLC仍然每个单元存储两位,但却利用了一个控制器,该控制器通过优化数据放置、损耗均衡和其他关键存储操作,提高了可靠性和性能。

QLC:四级单元存储技术提供了比SLC、MLC和TLC SSD硬盘更大的容量,但没有提供预期的额外空间。虽然MLCSSD硬盘与SLC SSD硬盘相比容量增加了一倍,并且TLC SSD硬盘的存储容量比MLC SSD硬盘提升了33%,但QLC SSD硬盘的增长仅比TLC SSD硬盘提高了25%。尽管如此,QLC SSD硬盘的成本、密度、速度和功率效率属性仍使其成为机器学习、数据分析和媒体流等应用程序的理想选择。

所有类型的固态硬盘都属于“可消费介质”的范畴,这意味着随着数据不断写入SSD硬盘,它们会逐渐磨损。SSD硬盘故障通常是渐进的,因为单个单元发生故障,整体性能下降,尽管也可能发生突发性故障。许多SSD硬盘制造商通过过度配置产品来解决逐渐出现故障的问题,并称之为“磨损”,其中包括的内存比产品手册实际声称的要多。

富士通公司解决方案实验室的高级存储架构师Paul von-Stamwitz说:“所有SSD硬盘制造商都提供了称为硬盘每日写入量 (DWPD)的耐用性等级,该等级与他们的预期用例相一致。例如,读密集型驱动器可用于写入工作量较小的应用程序,因此其硬盘每日写入量 (DWPD)等级低于混合使用的硬盘。von-Stamwitz指出:“只要工作负载符合硬盘每日写入量 (DWPD)等级,SSD硬盘就可以轻松地在整个保修期内使用。”

大多数企业采用TLC SSD硬盘,主要是因为与其他类型的NAND闪存驱动器相比,它们的成本更低。TLC SSD硬盘通常用于常规读取任务和轻型写入操作。QLC SSD硬盘具有硬盘每日写入量 (DWPD)较低的特点,并具有密度、速度和功率效率方面的优势,因此经常用于高性能、读取密集型应用。同时,越来越多的寻求更高性能的IT组织采用基于3D XPoint的SSD硬盘,

这是新兴的一类非易失性存储和存储设备,其速度和密度都比以前的NAND闪存设备高。

von-Stamwitz解释说:“这些SSD硬盘适用于需要一致、,超低延迟性能的特定应用,例如实时分析。”

SSD硬盘的性能与成本

一般来说,SSD硬盘的性能要优于HDD硬盘。具有固态组件使SSD硬盘具有更高的可靠性和能效。von-Stamwitz说:“RAID-5 SSD硬盘卷可能与RAID-6硬盘卷一样可靠,并且使用SSD硬盘的重建速度更快。除了减少能源成本外,额外的性能还可以减少数据中心的占用空间,因为更少的SSD硬盘可以产生与硬盘相同数量的IOPS((每秒输入/输出操作)数量。”

然而,SSD硬盘并非总是每种企业数据存储功能的优秀选择。巴尔的摩数据报告和连接解决方​​案提供商The St.Paul集团运营工程师Matthew Tonelson建议,“硬盘的用途是决定性因素。由于成本高和使用率低,SSD硬盘存储很少使用的旧文件将会浪费不必要的成本。此外,如果对硬盘的写入量很大,则需要经常更换SSD硬盘,从而导致更高的成本。”

IT管理软件开发商ManageEngine公司副总裁兼工程总监Shailesh Kumar Davey说,“在决定是否将HDD硬盘或SDD硬盘用于特定的存储任务时,成本总是一个关键因素,特别是因为目前SSD硬盘的价格是同等容量HDD硬盘的四到五倍。幸运的是,成本正在下降,3D XPoint等新技术提供了更好的性价比。”

除了成本和长期磨损问题外,与SSD硬盘相关的主要警告可能是该技术偶尔会在没有警告的情况下发生故障的趋势。达拉斯数据中心服务提供商Limestone Networks公司的技术支持人员Steve Buchanan说:“当传统的HDD硬盘发生故障时,通常会出现性能低于正常水平的警告期。而另一方面,SSD硬盘在崩溃时可能并不会提供警告,除非通过软件对其进行适当监控。”

从HDD硬盘过渡到SSD硬盘

开始规划现代存储系统部署的好方法是首先确定最终将如何使用存储阵列。Buchanan建议说,“如果要一次性将大量文件交付给许多用户,那么运行的SSD硬盘越多越好。另一方面,如果只需要偶尔使用一些旧文件,则大多数使用传统的HDD硬盘。”

Tiwari对此表示认同,他说,“如果需要更快的响应时间,大部分实施读取量大的任务,并且资金充足,那么采用SSD硬盘无疑是首要选择。如果要在访问数据之前将它们放置几天和几个月,并且需要非常大的容量,最好使用HDD硬盘。”

但是,理解当前的价格趋势仍然很重要,HDD硬盘可能很快就会永久性地退出数据中心。 von-Stamwitz说:“SSD硬盘的价格在过去几年中大幅下降,以至于许多数据中心已经过渡或计划过渡到所有SSD硬盘。通常,没有从HDD硬盘过渡到SSD硬盘的唯一原因是成本,考虑到SSD硬盘的优点,这样的场景将会越来越少。

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