Peli muuttuu ja flash tulee | Hu Yoshidan blogi

Hu Yoshida, CTO, Hitachi Data Systems
Nauhojen ja levyjen välinen suurin ero oli mahdollisuus lukea ja kirjoittaa tietoja satunnaisessa järjestyksessä. Pyörivän levyn ja flash-tallennuksen välinen vastaava ero on kaiken tiedon samanarvoisuus ja huippunopea haku. Flash on suurimmaksi osaksi ohjelmistotekniikkaa, kun taas pyörivä levy on mutkikas hienomekaaninen laite. Flash-modulilla sektorijako, pyörähdysviive tai lukupään hakuaika ei rajoita tiedon käsittelyä. Flash-tiedot on modulin sisällä sijoitettu soluihin, joiden fyysistä sijaintia käyttäjä ei näe lainkaan. Fyysisen levyn pyörimisliike ja sen liikkuva lukupää määräävät tiedon sijoittelun levypinnalle. Flash-medialla tiedon sijoittelu on joustava ja sitä voidaan säätää toimintaa häiritsemättä. Mikään geometria ei määrää sijoittelua. Jos yksi solu kuluu loppuun, tiedot siirretään muualle. Flash-muistisolun kirjoituskestävyys on paljon pienempi kuin pyörivän levyn, mutta riittävä määrä vara-aluetta ja hyvä kuormantasauslogiikka tekevät flash-modulista kokonaisuutena paljon kestävämmän kuin parhaatkaan pyörivät levyt. Modulin oma ohjelmisto tuo uusia ominaisuuksia ja vähentää tallennuslaitteen ohjaimen työtä. Esimerkiksi Hitachin Flash Module Drive (FMD DC2) tiivistää kirjoitettavat tiedot itsenäisesti rasittamatta sovellusta tai levylaitteen ohjainta.

Tallennuksen jatkuvasti laskeva hintakehitys on ratsastanut levyjen tallennustiheyden hurjalla kasvulla jo 50 vuotta. Tiheys on onnistuttu kaksinkertaistamaan puolentoista vuoden välein, mutta nyt näyttää, että vauhti on jo hidastunut merkittävästi. Flash on skaalautumisen alussa. Jo nyt flash-solut voivat sisältää yhden (SLC), kaksi (MLC) tai kolme bittiä (TLC) solua kohti. TLC antaa 8 eri signaalitasoa yhdessä solussa. Flash-soluja voidaan myös pinota päällekkäin ja lisätä edelleen tallennustiheyttä ja alentaa yksikköhintaa. Santa Claran Flash Summit kokouksessa Toshiba lupasi 128 TB 3D-flash modulin vuoteen 2018 mennessä. Pyörivän levyn osalta paras luvattu kapasiteetti on 10TB, joka sekin vaatii lisää kiekkoja, uudet lukupäät ja teholtaan rajoitetun pärekattotallennuksen ”shingled magnetic media”. Myös sähkönkulutuksen ero 12 levyn ja yhden 128 TB flash-modulin välillä on merkittävä ja ero vain kasvaa jatkuvasti.

Hitachin VSP tallennuslaitteissa 6.4TB flash-modulit ovat jo kapasiteetiltaan selvästi edullisempia kuin 15 000 kierrosta minuutissa pyörivät levyt ja ero 10 000 kierroksen levyihin on hyvin pieni vaikka tiivistystä ei otettaisikaan huomioon. Flash-modulien teho on tietysti samalla omaa luokkaansa ja modulin sisään rakennettu tiivistys voi aineistosta riippuen säästää edelleen 50% ja enemmänkin tallennustilaa ilman mitään tehonlaskua.

6,4 TB flash-modulit voivat olla osalle asiakkaistamme liian suuria. Hitachi Flash Storage (HFS) 2U flash-laite, jonka pienin kokoonpano on 10 kappaletta ja suurin 60 kappaletta 1,6 TB SSD levyjä yhdessä vain 2U korkuisessa laitteessa. Tiivistys ja deduplikointi mukaan lukien käytettävissä oleva tila on tyypillisesti 64 – 384 TB.

Flash-tekniikan nopea kehitys ja jatkuvasti kehittyvät tiedon tiivistystekniikat ajavat edelleen pyörivän levyn nopeaa väistymistä. Valmistuskustannukset riippuvat vahvasti tuotantomääristä ja nämä taas ovat täysin riippuvaisia kuluttajamarkkinoista. Konesaliluokan tallennuslaitteet ovat vain pieni osa kokonaistuotannosta, mutta ne tehdään samoissa tehtaissa ja samoilla koneilla kuin kuluttajatuotteetkin. Konesaliluokan pyörivien levyjen valmistajat eivät enää voi entiseen tapaan ratsastaa kotikoneiden levyjen markkinoilla. Sen sijaan hurjasti kasvavat kuluttajatuotteiden flash-markkinat pudottavat valmistuksen yksikkökustannuksia ja tämä vaikuttaa suoraan myös tallennuslaitteissa käytettävän flash-tekniikan hintaan.

Flash-tallennuksen alkuajan erityistuotteet, "All Flash Arrays" , jäävät vähitellen pois. Uudet toimittajat, joilla on vain näitä erityisalueiden tuotteita joutuvat joko lisäämään tuotevalikoimaansa nopeasti tai ne katoavat markkinoilta. Tästä kehityksestä on jo havaittavissa merkkejä. Tallennusjärjestelmät, joissa voidaan käyttää joustavasti flash-moduleja ja erittäin edullisia kapasiteettilevyjä ja jotka voivat myös virtualisoida perinteiset tallennusjärjestelmät osaksi kokonaiskapasiteettia ovat erityisesti siirtymävaiheessa vahvoilla. Flash-tallennuksen ilmeiset edut yhdessä joustavan kapasiteetin hallinnan ja tiedon automaattisen sijoittelun kanssa mahdollistavat kaiken tallennuspalvelun tuottamisen samalla järjestelmällä.

Vaikka flash-tekniikka on kertaluokkaa nopeampaa kuin pyörivä levy, ei siitä vielä ole saatu irti koko tehoa. Koska flash-tallennus on virtuaalinen, se ei tarvitse jonotusta toimiakseen tehokkaasti. Flash-laite näkee kerralla kaikki solut ja tietää, mitä niissä on. Se voi tarjota kaikki pyydetyt tiedot suoraan. Tämä mahdollistaa useiden pyyntöjen käsittelyn samanaikaisesti rinnakkain. Nykyisillä liitännöillä ja SCSI komennoilla tämä ei ole mahdollista, mutta tilalle on tarjolla uusia protokollia kuten NVMe (Non-Volatile Memory express) ja SCSI express, jotka lähitulevaisuudessa edelleen vahvistavat flash-tallennuksen asemaa. Tänään haihtumaton muisti (NVM) on sama kuin flash, mutta flash-tekniikka kehittyy ja saa tuekseen uusia taas kertaluokkaa nopeampia muistitekniikoita. Hybridi tallennuslaitteet, jotka nyt tekevät tiedon sijoittelua, tiering, flash-muistin ja pyörivän levyn välillä, voivat tulevaisuudessa tehdä sitä nopeudeltaan erilaisten muistipiirien välillä. Uusien muistitekniikoiden myötä raja työmuistin ja tallennuksen välillä hämärtyy. Tämä taas vaatii kokonaan uuden muistinhallinnan ja uudet protokollat. Ehkä käymme tätä samaa keskustelua näiden uusien tekniikoiden ja ”perinteisen” flash-tekniikan suhteesta 5 vuoden kuluttua, ellei aikaisemminkin.

Hitachilla uskomme, että olemme juuri nyt käännekohdassa, jossa flash ajaa pyörivän levyn ohi. Mitä mieltä sinä olet? 

Englanninkielinen Hu Yoshidan blogi