2015年:存储行业根基动荡之年

标签:存储数据技术

访客:22549  发表于:2015-12-28 10:19:23

一切都在迅速发生变化——就连我们存储的内容也不再相同。

2015年:存储行业根基动荡之年

3d XPoint - 年度存储介质技术赢家

2015年的存储市场迎来了战略性的根基震荡,可以看到外部共享式磁盘阵列存储业务已经在这十二个月当中经历了发病、确诊以及死亡通知。

这是令人困惑的一年,整个行业几乎全方位面临暴风骤雨般的技术革命。为了弄清楚状况,我们最好从头进行捋顺,首先探讨技术愿景,而后逐步推进至原始存储介质、存储系统(阵列)、大数据等实际应用以及最后的议题——存储方案供应商。

在今天的文章中,我们将着眼于技术愿景与大踏步的存储介质发展层面。而在本系列文章的第二部分中,我们将一同了解2015年年内那些与存储相关的系统、应用与供应商动向。

技术愿景

2015年当中出现了六项将成为行业未来发展方向的技术愿景。

首先,全闪存数据中心设计思路显然已经由纯粹的构想转化为了可操作的实现方案。运营态势堪忧的Violin Memory在这一领域一马当先,紧随其后的则是Kaminario与HDS——与之相配合的还有闪存与垃圾回收等技术概念。

一级数据可被存储在闪存当中,而其余数据则由成本更低廉的深层存储介质进行承载。当这种廉价深层存储体系由云环境充当时,我们将会迎来自己的全闪存内部数据中心。具体来讲,未来随着闪存存储资源在使用成本方面的步步下降,例如3D QLC技术的出现(即4 bit每单元或者四层存储单元),加上由云存储环境负责承载低热度数据,建立全闪存数据中心将不再只是美好的愿望。

今年的第二大技术议题则源自一大基础理念,即存储与服务器之间的距离应当尽可能紧密。这样的设计思路是为了缓和网络数据访问延迟并解决磁盘驱动器磁头寻道时间所带来的远高于闪存存储方案的数据访问延迟等问题。

服务器-存储缩距理念已经在虚拟SAN、超融合型基础设施设备(简称HCIA)以及NVMe架构当中逐步崛起。


2015年:存储行业根基动荡之年

英特尔NVMe SSD

第三项技术趋势在于推动存储机制融合,并认为其应当在两大发展思路当中选择其一:要么将全部资源以虚拟化方式分别整合为单一体系(一级数据)与二级融合型存储方案(Cohesity、Rubrik),要么对所有数据复制操作加以控制(Actifio、Catlogic以及Delphix)。

现有混合云概念已经为几乎全部厂商所采纳/支持,其中NetApp几乎可以算是领军企业,而且业界普遍认为内部存储体系应当与公有云存储机制相结合,但其同时也强调称内部存储仍然必不可少、至关重要以及不可淘汰等等。

VMware公司的VVOL理念亦在行业当中得到了广泛支持,当然除了微软公司,不过目前真正加以应用的企业客户还非常有限。

OpenStack也拥有非常成功的发展态势,且各项活动与厂商支持皆进行得有声有色,不过其与VVOL面临着同样的问题,即只有极少数客户愿意亲自尝试。而OpenStack社区则显得非常乐观,他们认为其广泛普及将成为意料中事。

这就是我们整理出的六大存储行业发展愿景。而在接下来的内容中,我们将一同了解作为行业立足根基的存储介质又出现了哪些变化。

存储介质

闪存最初亮相之时采用2 bit每单元MLC形式,并快速成为行业中的执行标准——无论是具体匹配2.5英寸磁盘接口还是PCIe闪存卡接口。不过值得一提的是,PCIe总线拥有远低于SATA SAS SSD产品的访问延迟水平。

TLC(即3 bit每单元或者三层单元)闪存已经开始起步,但其使用寿命无法与制程在20纳米以下的标准2D或者说平面闪存单元相抗衡。三星公司已经发布了3D TLC闪存方案,这类多层式闪存芯片最初采用24层结构、而后提升至32层,且可使用精密程度较低的制程工艺——具体为30到40纳米区间。如此一来,其不仅能够有效提高闪存芯片容量,同时亦可改善使用寿命表现。戴尔、惠普、Kaminario以及其它众多厂商都开始利用3D闪存芯片提升存储容量并降低每GB使用成本。

英特尔/美光以及SanDisk/东芝也各自拥有或者即将推出3D闪存芯片,而且各厂商也将就此终止利用1万5千转高速磁盘驱动器承载一级数据的作法,甚至可能考虑利用3D闪存取代现有1万转驱动器。


2015年:存储行业根基动荡之年

东芝p-BICS 3D NAND原理示意图

三星公司开发出的48层3D技术即将亮相,而且目前已经有采用其3D闪存芯片的所谓16 TB SSD产品放出展示(实际存储空间为15 TB),这已经在容量上显著超越当前磁盘驱动器的容量上限——10 TB。

英特尔与美光双方都在大力鼓吹非易失性内存方案,并表示实际3D XPoint产品有望在明年下半年与广大用户见面。这是一类非易失性——而非闪存——存储技术,属于基于相变设计思路的内存产品。其能够在特定条件下发生性质变化,从而通过电阻值浮动实现1与0两种状态。

3D XPoint采用双层式结构,而且据称速度表现可达现有闪存的1000倍(但仍不及DRAM的速度水平),且使用寿命较闪存亦有同样比例的提升。XPoint在使用成本方面应该低于DRAM,且有可能在服务器内充当持久性内存层。相关产品预计将在2016年年内面世。

SanDisk与三星双方都表示拥有各自的ReRAM(即电阻式RAM)技术成果,但项目仍在开发当中。如果不出意外,具体成果也将在2016年年内出现。

在软件方面,面向PCIe闪存卡的行业标准NVMe驱动器已经出现,这意味着硬件开发人员不再需要自行为产品打造配套的驱动器。NVMe驱动型闪存产品的这波浪潮已经开始兴起,而且预计NVMe将成为真正意义上的标准并像SATA或者SAS介质接口那样得到广泛应用。

磁盘存储介质

无聊的老式磁盘技术并没能随着热辅助磁记录(简称HAMR)方案的出现而恢复生机。相反,我们迎来了叠瓦式磁记录(简称SMR)机制,目前希捷旗下的此类方案Kinetic驱动器已经得到业界肯定,而希捷下一步还将采用由HGST贡献的氦气填充外壳技术。

叠瓦式驱动器将较宽的写入磁道彼此交错,而较窄的读取磁道则继续保持独立,因此其在提升存储容量的同时也带来了新的弊端——对数据进行写入时,需将对应轨道中的全部数据进行重写。希捷公司力推叠瓦式技术,并希望借此对抗HGST的氦气填充式驱动器方案。然而HGST亦在积极打造属于自己的主机管理型叠玉式驱动器,这意味着采用此类驱动器的服务器或者阵列必须对自身系统软件加以调整。我们目前还没有听说任何采用此类驱动器的成功OEM设计案例。

氦气填充式驱动器技术在出现之后迅速横扫了全部已有磁盘方案。氦气的摩擦系数低于空气,因此设计人员不必为了降低不同碟片间的摩擦振动而加大碟片间距并能够进一步降低碟片厚度,这意味着他们可以在3.5英寸的标准驱动器外壳内塞入更多存储碟片。HGST方面指出,其全部磁盘驱动器都将逐步转向氦气填充设计,而且预计在今年年内推出10 TB驱动器产品。台式PC设备买家即将迎来极为可观的磁盘容量提升。

希捷公司随后宣称其将在2016年上半年拿出自己的氦气填充技术。我们预计东芝方面也将紧紧跟上,否则其将被迫放弃自己的磁盘驱动器业务。

键:值存储磁盘驱动器

这是一类面向直连磁盘驱动器的基础设施,其内置有以太网卡并具备基础的GET与PUT对象存储功能。其设计思路在于简化整体服务器内应用到磁盘驱动器堆栈,具体举措包括由服务器系统软件负责直接管理驱动器,从而绕开磁盘阵列控制器文件系统语义以及数据块存储堆栈组件等可能影响访问延迟的因素。这类设计方案首先出现于希捷公司的Kinetic驱动器当中。Scality以及其它存储软件开发商亦陆续在产品中加入了对Kinetic驱动器的支持能力。

HGST与东芝公司亦相继在其产品组合当中添加了以太网接入、对象存储型磁盘驱动器,并随后发布了多个行业标准项目。

目前已经有三家磁盘驱动器供应商以及另外八家IT方案供应商加入到Kinetic开放存储项目(简称KOSP)当中,而此项目已经成为Linux基金会旗下的合作倡议。KOSP意在立足于这些支持以太网功能的存储设备之上的开源对象存储机制,这样的定位自然受到了市场的热烈欢迎。

可以预见到,希捷与西部数据/HGST也将在自己的阵列产品当中增加对此类驱动器的支持能力,同时配合各类对象存储应用方案,包括快速访问、归档以及大规模数据存储能力。

磁带介质

为了紧跟时代的发展脚步,磁带业界开发出了一套15 TB LTO-7格式以取代现有6.25 TB LTO-6格式,且提供面向后者的向下支持。二者皆拥有存储数据压缩能力。

截至目前,还没有哪种存储介质能够在长期归档存储的成本与可靠性方面同磁带相比肩,不过蓝光驱动器也拥有着一定程度的利基空间。尽管未来QLC闪存最终出现,其在每GB存储成本方面仍然不可能在短期内与磁带达到同一水平。


2015年:存储行业根基动荡之年

LTO Ultrium发展路线图

在我们看来,未来出现的5400转(或者类似转速水平)高容量叠瓦式与氦气填充式驱动器有可能侵占磁带归档方案的生存空间并提供更理想的访问速度——假设其拥有具备竞争力的每GB使用成本。但根据以上发展路线图,我们可以看到LTO-9将成为LTO-7的换代方案,而其具体参数令磁带的生命体征仍然相当稳定。

存储介质解读

在即将过去的2015年中,我们没有看到混合型磁盘驱动器的大规模普及——这类产品希望将传统磁盘与高速闪存相结合以提供更强的数据访问速度表现。另外,我们也没有在市面上看到任何利用多读取/写入磁头以缩短数据访问延迟的磁盘产品。

闪存驱动器总体来说已经解决了传统磁盘访问延迟过高的难题,这意味着混合驱动器的定位变得非常尴尬。

闪存生产能力亦在逐步提升,中国清华紫光集团已经建立相关规划以开发自己的代工体系,而英特尔方面亦在中国境内打造出半导体代工设施、旨在于明年生产3D NAND芯片。

整个磁盘驱动器行业正专注于对其驱动器产品进行容量优化,其中Kinetic类驱动器希望立足于系统堆栈角度降低磁盘归档方案的使用成本。氦气填充式驱动器则能够显著提升普通用途驱动器的容量上限,而氦气填充加叠瓦设计的驱动器主要面向高度关注容量水平的基于文件归档访问市场。

磁带行业正积极展示其已经成熟且面向长期使用需求的LTO-7方案,同时发布了LTO发展路线图。光学存储方案目前仍然仅被限制在特定利基应用场景当中。

随着3D XPoint的出现,服务器持久性内存开始以新型存储层的姿态亮相,而其在2016年当中是否能够得到市场认可成为人们普遍关心的话题。

最后,在内存DIMM插槽中使用闪存芯片的闪存DIMM概念正在Diablo Technologies公司及其Memory One技术项目当中持续发展,并应该会在三星-Netlist合作关系的推动下进一步普及。

2015年以2D MLC闪存作为开端,传统的磁盘与磁带则与其共同构成三大存储介质实现途径。而经过了十二个月的变迁,最终我们迎来了Flash DIMM(以及潜在的XPoint DIMM)、3D XPoint持久内存、3D MLC与TLC闪存以及QLC闪存、氦气填充式磁盘驱动器、以太网对象驱动器、更多叠瓦式驱动器以及高容量磁带的全面出炉。

目前热辅助磁记录磁盘驱动器技术仍然尚未正式登场,三星与SanDisk打造的ReRAM技术也同样值得期待。

多种存储介质选项将让存储堆栈变得愈发丰富,但这将是我们在本系列下一篇文章中的讨论内容了。总结来讲,2015年中的每一个月都不断出现革命性的存储技术变更,其影响范围则涵盖存储阵列、应用以及供应商等等。

来源:ZDNet

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