從毫秒到微秒,純硬的快閃記憶體陣列IBM Flash System來了!

2020-12-16 CSDN技術社區

CSDN雲計算頻道的讀者最近可以看到很多討論快閃記憶體的文章，尤其是最新的一篇《快閃記憶體突襲，混合儲存是否已步入黃昏》，觀點十分突出。是的！美國IT產業界對於快閃記憶體應用的討論尤為熱烈。

事實上，在美國，宣稱自己做快閃記憶體的企業已有137家左右。Google通過Janus新系統，Facebook通過McDipper新技術，已經先人一步地將快閃記憶體用於數據中心。另一方面，TMS（Texas Memory System）、ExtremIO、ScaleIO等快閃記憶體企業頻頻被巨頭如IBM、EMC等收購更是刺激著產業的神經。

這是必然的技術爆發。過去十年，CPU性能提升了8-10倍，DRAM速度提升7-9倍，網絡速度提升100倍，Bus速度增長20倍，而存儲呢？磁碟速度僅增長了1.2倍，PCIe快閃記憶體卡、SSD（固態硬碟）雖然有所發展，但仍受到諸多制約而無法跟上存儲的需求。

短板總歸是要被克服的，尤其是移動互聯、雲計算、大數據所催生的龐大數據的新存儲與分析的需求，如資料庫（CRP，ERM），聯機事務處理系統(OLTP)，報表系統、緩存工作集的讀密集型工作負荷，高IOPS性能等。而此時，已逐步滲透入伺服器、混合存儲陣列以及緩存設備的應用中的固態存儲技術，卻在很大程度上要依賴於軟體優化程度，比如統一存儲、自動分層存儲、存儲虛擬化、壓縮/重複數據刪除等，不會是實現目標的最佳路徑。

而全快閃記憶體陣列會是麼？在IBM的眼中，這個回答是肯定的。8月16日，IBM召開了2013 IBM快閃記憶體技術與趨勢研討會。IBM系統與科技部大中華區新興業務總經理及FlashSystem總經理黃國文表示：「數據經濟已然到來，企業需要利用新技術來更為高效而便捷地將數據轉化為商業價值。」這裡，指的就是全快閃記憶體陣列IBM Flash System。

從毫秒到微秒的存儲變遷

如果按照性能來推進演線圖，存儲大致可以分為Tape、RAID、SSD、RAID Cache和快閃記憶體陣列/快閃記憶體卡等幾個階段，時間是逐步從毫秒過渡到微秒。Flash System就是與伺服器直連的，全冗餘設計的快閃記憶體陣列，也是微秒級的產品。


IBM Flash System 快閃記憶體陣列

這張照片可以近距離看到Flash System的布局，而落實到數字上：

  • 1U 24TB存儲容量，50萬IOPS需300W功耗；
  • 採用SLC快閃記憶體或eMLC，壽命更長；
  • 採用2DRAID保護和4級自我保護，可靠性極高；
  • 幾小時內即可完成安裝部署，運維成本低；
  • 對Storiwize V7000，Power/Pure Systems伺服器，DB2，GPFS，都有很好的集成。
  • 可通過與SVC集成提供高可用性。

形象地理解，正如IBM大中華區系統科技部快閃記憶體解決方案經理叢永罡所言，「在一塊地板格中可以有1PB可用容量，100微秒（microseconds）中可處理22 millon IOPS/210GBPS，在200TB磁碟陣列時，只有12.6KW耗電量。」


IBM Flash System內部技術要點

這是IBM收購擁有數十項快閃記憶體專利的TMS（成立34年，在DRAM、快閃記憶體系統和組件方面積累很深）後，第一次正式推出的新品，從原有邏輯可歸類為TMS第19代產品。Flash System的背後有多個技術要點，這其中，有三點極為引人注目：

1. 基於FPGA基礎的數據移動相比軟體實現的存儲控制器算法實現減少了大量的延遲時間，不管是直連PCIe卡還是SAN網絡快閃記憶體陣列，都要更快。
2. 是對於業內關心的使用壽命問題，eMIC可以做到是MLC的10倍以上，而SLC則可做到33倍。對於一般企業的業務負載需求，10TB的Flash System可以在100M/S的寫壓力下工作100年。 
3. 分布式CPU獨立處理路徑。

純硬體的復興還是逆襲？

毫無疑問，全快閃記憶體陣列的主要應用場景是如從事高頻交易的金融機構，電子商務核心關鍵業務領域。而對比目前主流的資料庫一體機，內存資料庫等方面，其在軟體開銷，機房空間和耗電能源以及運維開銷的節省等方面，都有著顯著的優勢。


與資料庫一體機，內存資料庫的對比

比如，IBM相關技術專家所做的企業級專屬的場景測試中，以採用Oracle資料庫、規模可到4TB的大型CRM系統為例，在模擬典型OLTP聯機事務交易時，採用兩層C/S架構，簡化CRM應用中間環節，用X86 PC伺服器直接對Oracle資料庫加壓， 模擬CRM交易的資料庫操作。在使用Flash System後，快速交易響應，交易高並發能力和高吞吐量，提高系統整體資源利用率等三大目標都獲得了飛躍。

而真實的案例來自美國第三大移動運營商Sprint。Sprint嘗試將2個Flash System系統加入現有存儲架構中，並主要承擔處理電話激活資料庫中心核心表空間IO，而結果出乎預料。相比之前所採用的混合存儲產品，SVC+Flash System大約有10倍吞吐量與45倍IO響應時間的提升，並在單位時間事務處理速度有著數倍的提升。所以Sprint後續又投資了4個IBM的Flash System來加速會議系統和簡訊平臺系統。

叢永罡對CSDN記者說：「Flash System是純硬的快閃記憶體陣列，是閉環的硬體系統。而對業內網際網路新技術如Hadoop，OpenStack等，都會交給IBM SVC來統一實現。」

全快閃記憶體陣列，是存儲硬體的復興還是逆襲？是否會應驗專家的說法，「因為過去軟體設計和開發都是基於磁碟，現在快閃記憶體來了，思維和具體實現方式都要發生改變。」拭目以待！

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