Mikä SSD-kapasiteetti täyttää yritysten tietojenkäsittelyvaatimukset?

SSD-kapasiteetin todellisuuden ymmärtäminen: raakakapasiteetti, käytettävä kapasiteetti ja tehollinen kapasiteetti

Kuinka yliprovisionointi ja firmwaren kuormitus vähentävät käytettävissä olevaa SSD-kapasiteettia

Enterprise-SSD:ien ilmoitetut kapasiteettiluvut viittaavat yleensä niiden sisällä olevaan raakaNAND-tallennustilaan eikä siihen, mitä käyttäjät voivat itse käyttää. Kun valmistajat puhuvat ylityyppisestä varauksesta (over provisioning), he varaa noin 28 % kyseisestä raakatilasta tehtäviin kuten roskien keruuseen ja kuluminen tasattavaan toimintoon, jotka pitävät aseman sujuvasti toiminnassa suurten kirjoitusten käsittelyn aikana. Lisäksi firmwaren kuormitus vie toisia 7–10 % virhekorjauksiin, huonojen lohkojen hallintaan ja ohjauspiirin tiedon tallentamiseen. Kaikki nämä varaukset tarkoittavat, että todellinen käytettävissä oleva tila pienenee huomattavasti. Esimerkiksi 1 TB:n kapasiteetilla mainostettu asema tarjoaa yleensä noin 930 GB:n verran käytettävissä olevaa tilaa. Tämä ero on erityisen tärkeä ottaa huomioon IT-infrastruktuurin suunnittelussa. Kuka tahansa, joka työskentelee tietokantojen tai virtuaalikoneiden parissa, tietää, että johdonmukainen syöttö/tulostus-suorituskyky ei ole vain toivottava ominaisuus vaan se vaikuttaa suoraan siihen, pysyvätkö palvelutasusopimukset voimassa vai rikkoutuuko ne huippukuormituksen aikana.

Tehokkaat SSD-kapasiteetin lisäykset laitteistolla kiihdytetyllä pakkaus- ja deduplikaatiotekniikalla

Nykyiset yrityskäytön SSD-levyt torjuvat kapasiteetin menetystä käyttämällä laitteistolla kiihdytettyjä pakkaus- ja deduplikaatiomenetelmiä, jotka tapahtuvat automaattisesti itse ohjaimeen integroituna. LZ4-pakkausmenetelmä toimii erinomaisesti teksti- ja lokitiedostoille ja pienentää usein niiden kokoa noin puoleen tai kahden kolmasosaan. Deduplikaatio tulee kyseeseen, kun eri virtuaalikoneissa tai säiliökuvissa esiintyy samanlaisia datalohkoja. Kun molemmat teknologiat toimivat yhdessä, ne luovat niin sanottua tehokasta kapasiteettia, joka on itse asiassa 1,5–2-kertainen verrattuna fyysiseen NAND-tallennustilaan. Otetaan esimerkiksi standardi 15 TB:n QLC-SSD:lle – sen avulla voidaan tehokkaasti tallentaa jopa 27 TB:n arvoinen looginen data näiden optimointien ansiosta. Olemme saaneet erinomaisia tuloksia tekoälymallien koulutusaineistoilla, joissa on usein paljon toistuvia rakenteita, kuten mallitarkistuspisteitä ja synteettisen datan eri eriä. Nämä tapaukset osoittavat tilasäästöjä jopa 80 %:n suuruisina, mikä mahdollistaa tiukkakapasiteettisten tallennusratkaisujen käytön arkistointiin ja vaiheistamiseen ilman huomattavaa vaikutusta suorituskykyparametreihin, kuten viiveeseen tai siirtonopeuteen.

SSD-kapasiteetin sovittaminen ydinyritystyökuormiin

SQL-tietokannat: IOPS-tiukkuuden, lokitilavuuden ja SSD-kapasiteetin tasapainottaminen

SSD-kapasiteetin suunnittelu transaktiotietokantoja varten on todella tärkeää, jos haluamme pysyä mukana satunnaisiin IOPS-vaatimuksiin samalla kun hallinnoimme kasvavia transaktiologitiedostoja. Kun käsitellään kirjoitusintensiivisiä OLTP-työkuormia, nämä lokit voivat kuluttaa noin 20–30 % saatavilla olevasta tallennustilasta. Ilman riittävää ylimääräistä tilaa järjestelmä joutuu tekemään enemmän työtä kirjoitusten hallinnassa, mikä kulumaa SSD:ta nopeammin ja hidastaa vastauksia. Tarkasteltaessa alan standardeja useimmat järjestelmät, jotka käsittelevät noin 50 000 transaktiota minuutissa, tarvitsevat ainakin 1,5-kertaisen raakadatamäisen kapasiteetin juuri näiden lokitiedostojen, puskuritilan ja väliaikaisten tietokantaoperaatioiden varalta. Noin 15–20 %:n ylimääräinen kapasiteetti tekee itse asiassa merkittävän eron: se pitää suorituskyvyn vakautena ruuhkaisina aikoina ja pidentää levyjen käyttöikää. Tämä on erityisen tärkeää, koska on vahva yhteys riittävän kestävyysvaran ja luotettavan toiminnan ylläpitämisen välillä ajan mittaan, erityisesti kriittisissä liiketoimintaympäristöissä, joissa käytöstä poissaolo aiheuttaa kustannuksia.

Virtualisoidut ympäristöt (vSphere/Hyper-V): Kapasiteetin skaalaus virtuaalikoneiden tiukkuuden ja varmuuskopioinnin käytäntöjen perusteella

Kun yritykset siirtyvät virtuaalisuuteen, heidän tarpeensa tallennustilalle kasvaa huomattavasti kaikkien yhteen pakattujen virtuaalikoneiden (VM) vuoksi, ja lisäksi jokainen vieras käyttöjärjestelmä vie tilaa. Älkäämme edes aloittako puhumasta kaikkialla kertautuvista varmuuskopioista (snapshots). Useimmat virtuaalikoneet vaativat pelkästään käyttöjärjestelmänsä ja sovellustensa tallentamiseen 40–100 gigatavua. Varo kuitenkin varmuuskopioiden aiheuttamaa tallennustilan käytön nousua ohjelmistopäivitysten ja varmuuskopiointien aikana – käyttö voi kasvaa jopa kaksinkertaiseksi. Jos ympäristössä on yli 50 toimivaa virtuaalikonetta, IT-tiimin tulisi varata noin neljännes lisää SSD-tallennustilaa erityisesti varmuuskopioiden metatietojen, väliaikaisten kloonien ja ajan myötä kertyvien vaihtotiedostojen (swap files) käsittelyyn. Ohut varaus (thin provisioning) auttaa alussa säästämään tilaa, mutta kukaan ei halua joutua yllättäen tilapuutteeseen myöhemmin, joten säännölliset tarkastukset ovat välttämättömiä suorituskyvyn ongelmien välttämiseksi. Parhaan tuloksen saamiseksi varmuuskopioiden ottamisen taajuus tulisi sovittaa käsiteltävien työmäärien luonteeseen. Kriittisiin tuotantojärjestelmiin saattaa olla tarpeen ottaa varmuuskopioita tunnissa, kun taas kehitys- ja testiympäristöissä päivittäiset varmuuskopiot voivat riittää. Tämä lähestymistapa vähentää turhia tietokopioita kompromissitta sen kanssa, että palautuminen onnistuu tarvittaessa ongelmista.

Tiedosto- ja objektivarastopalvelimet: Metatietojen ylikuormitus vs. peräkkäinen siirtonopeusvaatimus

SSD-tallennustila jakautuu metatietojen käsittelyyn ja varsinaisen datan siirtämiseen tiedosto- ja objektitallennuskuormien yhteydessä. Järjestelmät, jotka käsittelevät paljon metatietoja – esimerkiksi terveydenhuollon kuvakirjastoja tai valtavia oikeudellisten asiakirjojen kokoelmia – tarvitsevat usein varata noin neljännes–kolmasosa kokonaistilastaan pelkästään asioihin kuten tiedostojen indeksointiin, hakemistorakenteen navigointiin ja käyttöoikeuksien hallintaan. Tällaiset järjestelmät tarvitsevat vähintään 15 000 IOPS:a kymmenen teratavua kohden, jos halutaan nopeita vastauksia pienien tiedostojen käsittelyssä. Toisaalta järjestelmät, joiden keskiössä on dataa siirrettävä mahdollisimman nopeasti eikä satunnaisesti käsiteltävä, kuten videomonttausasemat tai pitkäaikaiset tietovarastot, keskittyvät suoraviivaiseen siirtonopeuteen. Niiden on yleensä säilytettävä jatkuvat kirjoitusnopeudet yli 1,5 gigatavua sekunnissa. QLC-perustaiset SSD-levyt ovat taloudellisesti järkevä vaihtoehto tällaisen arkistotiedon tallentamiseen, mutta niissä on huomionarvoinen heikkous: jos levyjä kirjoitetaan uudelleen päivässä yli kolme kymmenesosaa niiden kokonaiskapasiteetista, ne kulumavat huomattavasti nopeammin kuin odotettaisiin.

SSD:n kestävyys ja arkkitehtuuri: Miksi kapasiteetin on oltava yhtenevä kirjoitustyökuormien kanssa

TBW, DWPD ja NAND-tyypin vaikutus: SLC-, TLC- ja QLC-SSD:t tuotantoympäristöissä

SSD-levyjen kestävyys riippuu kolmesta pääasiasta: kirjoitettavien teratavujen määrästä (TBW), päivittäisestä kirjoituskapasiteetista (DWPD) ja sisällä käytetystä NAND-teknologiasta. SLC NAND-levyt kestävät huomattavasti pidempään kuin muut, niissä on 50 000–100 000 kirjoituskierrosta ennen kulumista. Haittapuolena on kuitenkin korkea hinta, mikä selittää sen, miksi niitä käytetään pääasiassa välimuistijärjestelmissä, joissa nopeus on tärkeintä, kuten rahoitusalan korkeataajuuskaupankäynnin alustoissa. TLC-levyt sijoittuvat keskitasolle ja kestävät noin 1 000–3 000 kirjoituskierrosta. Tämä tekee niistä riittävän kestäviä tavallisille yrityskäyttöön tarkoitetuille tallennusratkaisuille, joissa sekä lukeminen että kirjoittaminen tapahtuvat usein. Sitten on QLC, joka mahdollistaa paljon suuremman datamäärän tallentamisen pienempään tilaan ja jonka hinta on alhaisempi gigatavua kohden. Mutta tässä on juurikin ongelma: sen kesto on lyhyempi, enintään noin 1 000 kirjoituskierrosta. Tämä sopii hyvin sellaisiin sovelluksiin, joissa tiedostoja luetaan paljon enemmän kuin kirjoitetaan, kuten varmuuskopiotiedostoihin, järjestelmälogeihin tai verkkosivustojen sisältöä toimittaviin väliaikaisiin välimuisteihin.

AI/ML-koulutusputket: Korkeakapasiteettisten QLC-SSD-levyjen käyttökelpoisuuden arviointi jatkuvien kirjoitusten alla

AI/ML-koulutusputket asettavat erityisen vaativia, jatkuvia kirjoituskuvioita – usein moniteratavuisten tietojoukkojen toistuvaa ottamista vastaan, sekoittelua ja tarkistuspisteiden luomista. Näissä olosuhteissa QLC-SSD-levyt kulumat nopeammin: jatkuvat 24/7-kirjoitukset voivat kuluttaa niiden kestävyysbudjetin kuukausissa eikä vuosissa.

Ylimääritys auttaa pidentämään QLC:n käyttöikää, mutta sitä ei voida käyttää korvaamaan perustavanlaatuisia arkkitehtonisia rajoituksia. Tuotantotasoisessa tekoälyinfrastruktuurissa on välttämätöntä valita NAND-tyyppi odotetun kirjoitustiukkuuden mukaan – ei pelkästään kapasiteettitarpeiden mukaan – estääkseen suunnittelemattomia vaihtoja, suorituskyvyn äkillisiä laskuja tai tietojen eheyden riskejä.