Nie wszystko szybkie, co się nie kręci

Zainteresowanie macierzami all flash wzrosło tak szybko dlatego, że ich producenci umiejętnie zaczęli konkurować z dostawcami klasycznych rozwiązań, których wydajność już od dekady pozostawia wiele do życzenia. Marketingowy przekaz był genialny w swej prostocie: wreszcie możliwe jest zwiększenie o kilka rzędów wielkości parametru szybkości dostarczania danych na serwery, chociaż oczywiście za niemałą cenę. Pierwsi klienci zwrócili jednak uwagę na wiele niedoskonałości omawianych rozwiązań, w efekcie czego przez ostatnie dwa lata rynek macierzy all flash tworzy się niejako na nowo. Jak nietrudno się domyślić, wszystko z powodu pieniędzy.

Otóż nawet firmy, które obracają grubymi milionami, niechętnie płaciły setki tysięcy dolarów za małe pudełko z dyskami SSD. Co prawda, zapewniało ono duży wzrost wydajności i oszczędności na energii elektrycznej, ale jednocześnie powodowało inne problemy. Z reguły było to urządzenie marki nieobecnej dotąd w centrum danych, więc konieczne było m.in. wprowadzenie kolejnego oprogramowania do zarządzania infrastrukturą, zawarcie kolejnej umowy na utrzymanie itd.

Zarzuty stawiano także samej wydajności, która była filarem marketingowej komunikacji dostawców. Nowe urządzenie działało świetnie przez pierwsze miesiące, a potem nagle spowalniało, często do poziomu… zwykłej macierzy dyskowej. Do powstania problemu z reguły przyczyniały się kontrolery nieprzystosowane do obsługi tak szybkich nośników, jak też niedopracowane algorytmy odpowiedzialne za zapis danych na dyskach SSD.

Zmiany na rynku all flash

W nośnikach zawierających pamięć flash odczyt danych jest „za darmo”, ale płaci się za ich zapis. Sam proces zapisu jest skomplikowany z technicznego punktu widzenia: komórka musi być pusta, więc wcześniej czasem trzeba ją oczyścić. Każdy cykl zapisu „zużywa” komórkę (producenci porównują to do pisania ołówkiem i ciągłego wycierania gumką), przez co sam proces zapisu okazuje się znacznie wolniejszy niż odczyt danych. Dlatego właśnie kwestii związanych z zapisem dotyczyły zmiany, które w ostatnich latach można było zaobserwować w macierzach all flash.

Przede wszystkim postawiono na mechanizmy redukujące ilość zapisywanych danych: deduplikację i kompresję. Nie dość, że zapewniają one zapisanie większej ilości informacji, co ma szczególne znaczenie przy wciąż wysokich cenach układów flash, to jeszcze ograniczają liczbę cykli zapisu, co z kolei pozytywnie wpływa na trwałość nośnika. Kompresja okazuje się najbardziej efektywna w przypadku baz danych, zaś deduplikacja – poczty elektronicznej i wirtualizacji. Oba procesy nie sprawdzą się tylko tam, gdzie generowanych jest dużo unikalnych i wcześniej skompresowanych danych (np. jeśli chodzi o pliki multimedialne).

Nietrwała trwałość

Przez długie lata najbardziej trwałymi – ale też najmniej pojemnymi – kośćmi pamięci flash były te wykonane w technologii SLC (Single Level Cell). Kompromisem miały być kości MLC (Multi Level Cell) i cMLC (consumer-MLC) – bardziej pojemne i tylko trochę mniej trwałe, ale wciąż drogie. Paradoksalnie problem rozwiązały nowe kości 3D NAND TLC (Triple Level Cell), które zapewniają bardzo duże pojemności (kilka lub kilkanaście TB w jednym dysku) i są… najmniej trwałe. W jaki sposób zatem wpłynęły na ogólną trwałość zapisu w całej macierzy?

Trik polega na umiejętnym rozproszeniu danych w komórkach kości pamięci. Gdy nośnik ma dużą pojemność, a danych do zapisu nie jest zbyt wiele, prawdopodobieństwo konieczności częstego zapisywania danych w tych samych komórkach jest bardzo małe. Dzięki temu zarówno pod kątem ceny, jak i trwałości bardziej opłaca się kupić pojemny nośnik, w którym jedna komórka „wytrzyma” np. 100 cykli zapisu, niż drogi dysk o niskiej pojemności, w którym wytrzymałość komórki pamięci flash określono np. na 1000 cykli zapisu. Z tego powodu niemal w zapomnienie poszły dyski SLC, a wszyscy producenci oferujący macierze z dyskami MLC uważnie obserwują konkurentów, którzy jako pierwsi zdecydowali się zaoferować rozwiązania klasy enterprise właśnie z dyskami TLC.

Nowe trendy w sprzedaży

Sprzedaż systemów all flash stale rośnie, chociaż nie w aż tak dużym tempie, jak oczekiwaliby tego ich dostawcy. Dlatego od paru lat widać rysujące się nowe trendy w sprzedaży. Powszechny stał się model „all included”, w którym klient kupuje urządzenie i nie musi za nic dopłacać. Tymczasem gdy mowa o tradycyjnych macierzach, dołączone do nich oprogramowanie do zarządzania lub replikowania danych jest licencjonowane według pojemności lub liczby kontrolerów (u niektórych dostawców jest ono tak drogie, że już po wyeliminowaniu tego kosztu kupno macierzy all flash może okazać się bardzo korzystne). Jakiś czas temu pojawiła się możliwość wykupienia gwarancji na trwałość zapisu danych na nośnikach SSD sięgającej nawet siedem lat.

Klienci, widząc błyskawiczny rozwój technologii zapisu danych w pamięci flash, często wstrzymują się z zakupem macierzy, argumentując, że za dwa, trzy lata będzie ona przestarzała. Jako pierwsza odpowiedź na tego typu zarzut przygotowała firma Pure Storage, która w ramach swojego programu Evergreen Storage zapewnia klientom nieprzerwanie korzystającym z pakietu wsparcia technicznego możliwość bezpłatnej wymiany kontrolerów na nowsze w 4., 7. i 10. roku trwania kontraktu. Dodatkowo Pure jako pierwszy producent zagwarantował zgodność swoich urządzeń z wykorzystującymi technologię all flash dyskami NVMe, które mają być dostępne za około rok. Umożliwią one podłączenie nośnika bezpośrednio do szyny danych macierzy, z pominięciem interfejsu SAS lub FC, z którego konieczne było korzystanie przy dyskach twardych.

Pomysł ominięcia interfejsów stosowanych w HDD w celu zwiększenia wydajności macierzy all flash nie jest zresztą nowy. Już ponad dekadę temu skorzystała z niego firma Texas Memory Systems, która w ogóle była pionierem rynku rozwiązań all flash, a później w 2012 r. została kupiona przez IBM. Z podobnej koncepcji korzystał drugi z pionierów tego rynku – Violin Memory. W tym przypadku niestety historia nie zakończyła się happy endem – producent ten na początku bieżącego roku złożył wniosek o bankructwo. Sam pomysł rezygnacji ze zwykłych dysków SSD jednak zyskał uznanie, bowiem bazujące na nim moduły wprowadziły w 2016 r. do oferty firmy HDS i Pure Storage.

All flash za wszelką cenę

Dzięki rosnącym potrzebom klientów oraz dużemu potencjałowi marketingowemu do pociągu o nazwie all flash chciałby wskoczyć każdy producent, który ma cokolwiek wspólnego z pamięciami masowymi. Roczna wartość sprzedaży na tym rynku w ciągu najbliższych lat ma sięgnąć kilkudziesięciu miliardów dolarów. Sytuacja stała się ciekawa w 2014 r., gdy Gartner po raz pierwszy opublikował swój magiczny kwadrant z dostawcami macierzy all flash. Wielu producentów zwykłych rozwiązań nie pojawiło się w nim w ogóle (m.in. Dell, Fujitsu, HDS), a inni (głównie HP i NetApp) zajęli niesatysfakcjonujące pozycje.

W efekcie w 2015 r. na rynek trafiło wiele modeli macierzy all flash, które de facto były… zwykłymi rozwiązaniami hybrydowymi wyposażonymi wyłącznie w dyski SSD. Jedyną różnicą była nazwa modelu i czasami drobne zmiany w oprogramowaniu. W kolejnym raporcie – siłą rzeczy – analitycy musieli już uwzględnić nowych graczy, chociaż nie przyznali im zbyt wielu punktów. Dopiero 2016 r., ogłoszony zresztą przez EMC rokiem pamięci flash, przyniósł pewną stabilizację i wzrost pozycji głównych graczy w oczach firm badawczych.

Pojawiły się też ciekawostki. W połowie 2016 r. obserwatorów tego rynku zaskoczyła firma Synology, która – znana przede wszystkim z oferowania serwerów NAS dla małych i średnich firm – zaprezentowała macierz all flash. Jednak, w porównaniu z tradycyjnymi rozwiązaniami pamięci masowych wyposażonymi w pamięć półprzewodnikową, system Synology okazuje się nieco odmienny: to klient jest odpowiedzialny za dobór dysku SSD z długiej listy kompatybilności.

– Rozwiązanie to kierujemy przede wszystkim do firm, które potrzebują dużej wydajności, np. dla wirtualizacji czy baz danych – tłumaczy Renata Krajewska, Product Manager w Synology. – Na razie oferujemy tylko jeden model, ale wkrótce zaprezentujemy kolejne. Rzeczywiście, podobnie jak w przypadku naszych pozostałych serwerów, to klient musi zadbać o dobór właściwego dysku. Jednak my gwarantujemy, że napędy, które trafiły na listę kompatybilności, przeszły wiele rygorystycznych testów, zarówno pod kątem wydajności, jak też trwałości. Część testowanych przez nas dysków tego egzaminu nie zdała.

Jak dowiedzieliśmy się w tajwańskiej centrali firmy, testy były prowadzone przede wszystkim pod kątem tego, czy w całkowicie wypełnionej dyskami macierzy uda się uzyskać wydajność na poziomie 200 tys. IOPS. Przedstawiciele producenta podkreślają też, że obecnie większość nawet konsumenckich dysków SSD oferowanych jest z pięcioletnią gwarancją, co częściowo uzasadnia ich ewentualny wybór do pracy w macierzy all flash. Na liście kompatybilności opublikowanej przez Synology znajduje się prawie 100 dysków, z których 10 opisanych jest jako urządzenia klasy desktop lub wręcz konsumenckiej. Producent prezentuje też listę dysków, które testu nie przeszły – jest tam tylko 20 dysków, w tym, co ciekawe, także cztery klasy enterprise.

QNAP, czyli największy konkurent Synology, na razie nie wprowadził do oferty macierzy all flash. W urządzeniach tego producenta bez problemu można instalować tradycyjne dyski SSD z interfejsem SAS/SATA i skonfigurować jako zwykłe dyski lub cache tylko do odczytu. W wybranych modelach istnieje też możliwość zainstalowania pamięci flash M.2 SSD podłączanej bezpośrednio do szyny danych PCIe. Także QNAP publikuje listy kompatybilności dysków, chociaż nie wskazuje tych, które testów pozytywnie nie przeszły.

Macierze hybrydowe na nowo

Klienci są coraz bardziej świadomi korzyści płynących z używania dysków SSD. Poszukują właściwego dla siebie rozwiązania – takiego, które przyspieszy działanie ich aplikacji, ale jednocześnie nie doprowadzi do bankructwa. Dlatego w firmach, dla których cena ma szczególne znaczenie, nową młodość przeżywają macierze hybrydowe.

Możliwość uzupełnienia zwykłych macierzy o dyski SSD istniała już od dawna – proponowali to wszyscy główni dostawcy na opisywanym rynku, m.in. Dell, EMC, Fujitsu, HP, IBM czy NetApp. Klienci, którzy skorzystali z tego modelu, obserwowali wzrost wydajności, ale nie był on radykalny. Problem stanowiła niewystarczająca wydajność kontrolera macierzowego oraz jego oprogramowanie, które nie było dostosowane do szybkiego przetwarzania tak dużych ilości danych.

– W nowoczesnych macierzach all flash oraz hybrydowych, które są przystosowane do obsługi nośników półprzewodnikowych, w inny sposób zarządza się metadanymi dotyczącymi zapisywanych informacji – mówi Radomir Bordon, dyrektor technicznego wsparcia sprzedaży w Dell EMC. – Zwiększona jest też wielkość pamięci cache, bo to tam najpierw trafiają dane, które są poddawane procesom deduplikacji i kompresji, dzięki czemu zmniejszana jest liczba cykli zapisu na nośniku flash, a przez to wydłużana jego trwałość.

Dlatego od pewnego czasu widać nowy trend: producenci macierzy hybrydowych prezentują ich nowe wersje, które przedstawiane są jako te przygotowane do pracy z dowolną liczbą dysków SSD. Klient na początku może wypełnić macierz zwykłymi napędami, np. w 80 proc., aby później wyrównać te proporcje do 50/50, a być może w przyszłości zdecydować się na całkowite wypełnienie tylko dyskami flash. Takie podejście jest ciekawe, chociaż – jak podkreślają przedstawiciele branży – trudno oczekiwać, że klient co roku będzie się decydował na tak duże (i kosztowne) zmiany. Bardziej prawdopodobne jest, że jakiejś drobnej modyfikacji proporcji dokona raz, a po czterech lub pięciu latach pracy macierzy wymieni ją na nową, z nowymi kontrolerami.

Uznanie na rynku pamięci masowych w ciągu ostatnich lat zdobyła firma Nimble Storage – twórca hybrydowych macierzy, którego inżynierowie stworzyli mechanizm inteligentnej analizy danych i zapisu tych najczęściej odczytywanych na dyskach SSD, wykorzystywanych jako cache. Dzięki temu za ułamek ceny macierzy all flash można było uzyskać rozwiązanie zbliżone do niej wydajnością. Przez kilka lat Nimble był wskazywany jako firma, którą chętnie przejmie konkurencja – właśnie w celu uzyskania praw do tego mechanizmu. W marcu br. na zakup tej firmy za ponad miliard dolarów zdecydowało się HPE.