SSD disky do serverů: jaké jsou aktuální trendy?

SSD disk do serverůSSD disky zažívají boom
a získávají převahu

Víte, jaké jsou trendy v oblasti SSD disků? Jejich vývoj jde rychle dopředu a to, co platilo minulý rok, už dnes nemusí být pravda. Připravili jsme pro vás přehled aktuálních technologií a novinek ze světa SSD disků do serverů.

Vývoj v oblasti disků jde kupředu závratným tempem. Na našem blogu jsme o nich naposledy psali v roce 2015 ve velkém srovnání výhod SSD a mechanických disků. Tehdy bylo používání SSD disků omezené vysokou cenou a malou kapacitou a souboj s klasickými mechanickými disky ještě neměl jednoznačného vítěze.

Dnes je realita naprosto jiná – cena SSD disků se neustále snižuje a jejich kapacita narůstá stejně jako jejich četnost využití v serverech. Jaké technologie využívají dnešní SSD disky a v jakých formátech jsou k dostání? Na co se při výběru SSD disků zaměřit? Připravili jsme pro vás přehled aktuálních trendů v SSD do serverů.

SSD disky zažívají boom

SSD disky mají řadu výhod oproti klasickým mechanickým diskům – jsou rychlejší, méně hlučné, mají nižší spotřebu a jsou méně náchylné k mechanickému poškození. V cestě jejich rozšíření tak dlouho dobu stála především vysoká cena. Ta se ale od roku 2018 stále snižuje a podle výzkumu společnosti TrendForce průměrná cena SSD disků s kapacitou 512 GB a 1TB dokonce na konci roku 2019 klesne pod 0,1 USD za GB.

Podle výzkumů už v roce 2021 překoná prodej SSD disků klasické plotnové disky.

Odhad prodeje SSD a HDD disků

Source: Statista.com

To, že jsou SSD stále rozšířenější, potvrzuje i skutečnost, že přední čeští hostingoví poskytovatelé v nabídkách stále častěji nabízí možnost SSD disků do serverů. SSD disky nabízíme i v Master Internet, např. u virtuálních serverů si zákazníci mohou sami zvolit, zda chtějí, aby server běžel na SSD nebo mechanických SATA discích. 

SSD disky už dávno nemají ani omezenější kapacitu proti mechanickým diskům. Uživatelům jsou dnes komerčně dostupné disky i o velikosti 30 TB a společnost Nimbus Data dokonce nedávno přišla s SSD diskem s ohromující kapacitou 100 TB.

Technologie SSD disků ovládly víceúrovňové buňky

Nejprodávanější SSD disky už dnes disponují výhradně víceúrovňovými paměťovými buňkami. Ještě před pár lety to ale rozhodně nebylo pravidlem. Pro ty, kteří se v technologiích SSD disků tolik neorientují, nabízíme nejprve krátké vysvětlení.

SSD disky místo rotujících ploten obsahují paměťové flash čipy, do kterých lze zapisovat data a opětovně je mazat. Disky se liší technologií čipů - podle toho kolik úrovní elektrického náboje lze uložit do jedné buňky. Převedeno do binární logiky - kolik bitů dokážeme do jedné buňky uložit. Disky rozdělujeme na SLC (single-level cell, tedy jednoúrovňová buňka), MLC (multi-level cell, dvouúrovňová buňka), TLC (triple-level cell, tříúrovňová buňka) a QLC (quad-level cell, čtyřúrovňová buňka).

SLC SSD disky v každé buňce mohou uchovávat jen jeden bit – to sice znamená, že disk je rychlý a má dlouhou životnost, na druhou stranu se do něj ale vměstná jen málo dat a SLC disky se prodraží. Dnes už se tato technologie prakticky nepoužívá, podobně jako víceméně překonané MLC disky.

Normou v SSD do serverů jsou dnes TLC disky, které do každé buňky uloží tři bity, a nejnověji i QLC disky, které dovedou uložit ještě o bit navíc. Hustota dat v disku je výrazně vyšší, fyzické rozměry mohou být menší, stejně tak je nižší i cena. Hlavním mínusem oproti SLC a MLC technologiím je nižší rychlost disků a kratší životnost.

Poměrnou novinkou, která radikálně změnila litografii disků, je 3D technologie (trojrozměrná vertikální flash NAND technologie). Ta umožňuje jednotlivé buňky na sebe vrstvit zároveň i vertikálně, což významně zvedá kapacitu celého disku. Cenou za vyšší hustotu uložených dat je ale vyšší cena.

Vyzkoušejte SSD disky v Master Internet

V Master Internet používáme kvalitní diskové technologie od prověřených dodavatelů a nabízíme je jak ve formě SATA, tak i SSD disků. Zákazníci, kteří si objednají službu virtuální server (VPS) si mohou sami vybrat, zda chtějí, aby servery běžely na SSD nebo SATA discích.

Více o VPS hostingu

Čím více buněk, tím kratší životnost?

S technologií disků přímo souvisí jejich životnost, tedy garantované celkové množství dat, které může být na disk zapsáno. Právě moderní formy disků založené na technologiích TLC a QLC mají přirozeně životnost kratší než jejich předchůdci. Proč tomu tak je?

Životnost SSD disku je limitovaná, protože NAND flash paměť má jen omezené množství cyklů zapsání/smazání. Jelikož u technologií s víceúrovňovými buňkami (TLC a QLC) se všechna data vměstnají do menšího počtu buněk, jednotlivé buňky se dříve „opotřebují“ a životnost disku je tak oproti SLC diskům nižší. Opotřebení disků se označuje anglickým spojením wear out (vynošení).

V současnosti jsou ale výrobci disků schopní životnost TLC a QLC disků prodloužit jinými technikami a postupy, což vede k tomu, že TLC a QLC disky ztrácí svou hlavní nevýhodu a postupně vyřazují starší technologie.

Životnost je většinou specifikovaná v jednotkách TBW (Terabytes Written) nebo DWPD (Drive Writes Per Day). DWPD se specifikuje na určité časové období, obvykle 3 nebo 5 let. Tedy pokud má 500 GB SSD specifikaci 1 DWPD na 5 let, znamená to, že můžete na disk zapsat 500 GB dat každý den po dobu pěti let. TBW popisuje, jaké množství dat může být na SSD zapsáno během života disku. Pokud má disk specifikaci 365 TBW, znamená to, že na něj můžete zapsat 365 TB dat předtím, než bude nutné ho vyměnit. Jediný rozdíl mezi oběma druhy měření je ten, že DWPD závisí na kapacitě disku, TBW nikoli.

Read-intensive vs. Write-intensive disky

Životnost je základním parametrem, který odlišuje read-intensive a write-intensive disky. Read-intensive disky s menší životností jsou určeny především pro čtecí operace a vystačí na běžné činnosti jako ukládání obrázků, provoz webu apod. Pro časté zápisové operace (např. při provozu databází, ukládání livestream videí apod.) je nutné mít write-intensive disk s vysokou životností, který má nízkou latenci a vysoký výkon.

U read-intensive disků může nastat tzv. write-cliff fenomén. Technologie SSD disků neumožňuje měnit data v již zaplněných buňkách, naopak je nutné obsah buňky překopírovat do prázdné buňky, původní buňku smazat a poté vložit nový obsah. U read-intensive disků se může stát, že prázdných buněk je málo a to dočasně sníží výkon disku. U write-intensive disků je buněk „navíc“ dostatek a k takto náhlému poklesu nemůže dojít.

Jaké jsou trendy v rozhraních pro připojení disku?

Výkon samotných SSD disků výrazně ovlivňuje i způsob jejich připojení k serveru.  To se uskutečňuje buď skrze SATA/SAS rozhraní původně určené pro mechanické disky, nebo přes moderní komunikační protokol NVMe skrze rozhraní PCIe.

Jaké jsou hlavní rozdíly mezi rozhraními SSD disků?

SATA rozhraní bylo navrženo pro mechanické disky, které jsou ve srovnání s SSD disky pomalé, a tudíž má relativně nízký fyzický limit pro množství dat, které může v jednu chvíli převést. Využívá komunikační protokol AHCI také optimalizovaný především pro mnohem pomalejší HDD. Na podobném principu jako rozhraní SATA funguje i rozhraní SAS. Je o něco rychlejší a spolehlivější a instaluje se se především do serverů a diskových polích, kde se využívá možnost připojení SAS disku ke dvěma řadičům současně.

Naproti tomu komunikační protokol NVMe (non-Volatile Memory Express) byl vyvinutý přímo pro moderní SSD disky a umožňuje využít jejich vysokou rychlost čtení/zápisu. NVME běží skrze PCIe linku, která disk připojuje přímo k CPU, proto je celý proces přenosu dat nesrovnatelně rychlejší než u SATA rozhraní a latence je téměř nulová.

Používání moderních NVMe disků je stále na vzestupu. Převahu mají sice zatím stále disky s rozhraním SATA, podle výzkumu TrendForce ale NVME disky už v tomto roce dosáhnou 50% podílu na trhu. Je to zejména díky tomu, že ceny NVMe a SATA disků se vyrovnávají.

Od způsobu připojení disku se odvíjí i jeho formát:

  • 2,5“ – tradiční formát přejatý od plotnových disků, disky se připojují přes sběrnici SATA/SAS.
  • M.2 – moderní formát, disky mají menší rozměry, je možné je připojit přes rozhraní SATA i skrze komunikační protokol NVME přes sběrnici PCIe. Slot M.2 je přímo na základní desce a odpadá potřeba kabelu.
  • U.2 – formát podporuje připojení přes protokol NVMe

Při výběru SSD disku se dívejte na jeho výkon v MB/s

Jak jsme psali na začátku, možná kapacita SSD disků se neustále zvětšuje. To ale není to jediné, co by vás mělo při koupi disku zajímat. Důležitým ukazatelem je především výkon disku, který můžete vyhodnotit hned ze dvou ukazatelů.

  • IOPS – kolik čtecích a zápisových operací může disk provést za jednu sekundu
  • Přenosové pásmo (MB/s) - kolik dat za sekundu lze zapisovat a číst z disku zároveň

Zatímco u mechanických disků byly hlavním ukazatelem jednotky IOPS, u SSD je důležitější hodnota přenosového pásma. U mechanických disků se hlava disku hýbala a to přinášelo mechanické zpoždění a tedy i omezení v počtu IOPS operací. U SSD se naopak musí zároveň načítat a zapisovat buňky a to je omezené právě přenosovým pásmem.

Můžete si všimnout, že i levnější disky mají velmi vysoký počet IOPS, kdežto nízkou hodnotu u přenosového pásma.

Intale Optane DC Persistent Memory Module (PMM)
Intale Optane DC Persistent Memory Module (PMM) instalovaný v serveru. Zdroj:  Storagereview.com

Disky budoucnosti na dosah

A jaká je budoucnost SSD disků? Současný vývoj ukazuje, že SSD disky jednoznačně hrají prim a odsouvají své mechanické předchůdce do pozadí. Stejně tak i starší typy litografie disku a technologie rozhraní pomalu upadají do zapomnění.

Kromě zvětšování kapacity a zlepšování schopností disků nás ale, zdá se, čeká i vývoj zcela nových technologií.

Takovým pionýrem mezi nimi je persistentní paměťový modul od Intelu. Úložiště kombinuje SSD disk s RAM pamětí – jedná se vlastně o RAM, ze které se data po vypnutí zařízení neztratí. Latence persistentní paměti je ještě nižší než u NVMe disků, protože v tomto případě je zařízení přímo připojené na paměťový controller od CPU a není zapotřebí žádného komunikačního protokolu k přenosu dat. Persistentní paměť ale musí být přímo podporována operačním systémem.

Letošní novinka sice teprve musí najít své místo na trhu, ale už teď je jasné, že SSD disky se stále rychle vyvíjí a směřují k větší dokonalosti. Je možné, že v daleké budoucnosti SSD disky zcela nahradíme ukládáním dat přímo do persistentní RAM paměti. Na to si ale ještě musíme počkat.

Vyzkoušejte sami neuvěřitelnou rychlost SSD disků

V Master Internet nabízíme SSD disky v různých sestavách fyzických i virtuálních serverů. Sami si například můžete vybrat, zda chcete využívat výhod rychlých SSD disků v našich VPS.

Vyzkoušet VPS s SSD disky

Správné místo pro vaše data

NAŠE DATACENTRA NALEZNETE V PRAZE I V BRNĚ