艾字节级存储的经济性分析

搭载 VAST Data 的 Solidigm™ QLC 固态硬盘与传统搭载 CEPH 的机械硬盘 10 年总拥有成本 (TCO) 分析

执行摘要

全闪存在 EB 级规模下所展现的显著经济优势

本白皮书通过严谨且可验证的分析表明：采用由 VAST Data 的 AI 操作系统驱动、基于 Solidigm™ D5-P5336 高密度 122TB 四层单元 (QLC) 固态硬盘构建的 1 艾字节 (EB) 可用存储解决方案，其 10 年总拥有成本显著低于采用 30TB 机械硬盘并搭配 CEPH 软件 的传统方案。由于 Solidigm 本质上是一家以硬件为核心的公司，本分析仅聚焦于以存储为中心的硬件成本及运营支出 (OpEx) 所带来的影响。

Solidigm + VAST 的解决方案在 10 年周期内的硬件及运营支出 TCO 预计约为 3519 万美元，相比之下，HDD/CEPH 方案的测算 TCO 高达 8562 万美元。这意味着前者可实现约 58.9% 的成本节省，经济优势十分显著。

虽然本分析以 1EB 部署规模为基准，但所揭示的基本经济优势同样适用于低至 20PB 的容量范围，并可推演至 ZB 级规模。

重塑大规模存储的经济模型

这一显著的硬件与运营成本优势源于 Solidigm + VAST 架构的固有特性组合，从根本上重塑了大规模存储的经济性。这些要素的协同作用形成了复合效益结构。通过 Solidigm 122TB QLC 固态硬盘实现的存储密度大幅提升，显著减少了物理占用空间。所需驱动器、机箱和数据中心机架数量均大幅减少。硬件数量的初步减少直接带来了驱动器购置成本的降低，并进而降低了电力与空间运营支出。

VAST Data 的先进软件带来了复合增效。其相似性数据缩减技术通过仅存储相似数据块间的差异，实现了远超物理部署容量的显著节约。此外，创新的闪存优化纠删码技术将数据保护开销降至行业领先的低水平。这些技术进展与 VAST Data 长达 10 年的基础设施运行寿命相结合，并由包含 QLC 耐用性保障的全面保修服务支持，共同消除了昂贵且影响业务的三至四年期机械硬盘硬件更新需求。这一延长的使用寿命是 TCO 计算中的关键杠杆，因为它消除了传统基于机械硬盘的系统固有的主要资本支出周期。

资本与运营支出的双重节省

这些因素共同作用，可在十年间实现资本支出的大幅节省，并在与电力消耗和数据中心空间利用相关的运营费用上显著降低。这种经济性挑战了传统范式，即全闪存存储仅用于高性能、低容量层级；本分析表明，对于大规模长期部署，全闪存也能成为以容量为中心工作负载更具成本效益的解决方案。本分析为这一经济性主张提供了基于证据的支持。

Solidigm 与 VAST Data 携手合作，共同打造了一个减少性能、容量与成本之间传统权衡的存储未来。通过结合 Solidigm 在高密度闪存领域的领导地位与 VAST Data 的革命性软件架构，我们共同打造了专为满足艾字节时代需求而设计的解决方案。本分析量化了此次合作为管理海量数据规模的组织带来的深远经济效益，为构建更高效、可持续且更具成本效益的存储基础设施指明了清晰路径。

介绍：艾字节级存储架构方案对比

管理艾字节级数据的组织需要具备长期高效、可靠、高性能且成本效益显著的存储解决方案。本报告分析了为满足这些需求而设计的两种不同架构方案：

• 传统 HDD/CEPH 方案：此方案采用大容量 Seagate Exos Mozaic 3 + 系列 30TB 机械硬盘进行建模，并基于广泛采用的开源 CEPH 软件平台进行管理。这代表了构建大规模存储池的常见策略，依赖于高密度机箱中的机械驱动器，并采用传统的数据保护方法。
• 现代全闪存 (Solidigm + VAST) 方案：此方案采用前沿的 Solidigm D5-P5336 122TB QLC 固态硬盘，代表了存储密度的重大飞跃。这些驱动器集成于 DVAST Data 的 AI 操作系统中，该系统采用解耦共享一切 (DASE) 架构。该架构专为闪存介质设计，并融入了先进的软件特性，包括 VAST 的相似性数据缩减技术和高效本地可解码纠删码。这代表了一种下一代的全闪存方案，旨在克服传统基于机械硬盘系统的性能、效率和可扩展性方面的局限性。

现代方案突破传统局限

将这些方案定位为“传统”与“现代”或“下一代”，构建了一个重要叙事框架。现代方案所宣称的先进数据缩减和纠删码等技术，均得到了供应商提供的信息和技术文档支持，其先进性具有可信依据。与此同时，业界公认的传统系统局限性 - 在得到行业观察或分析支持时 - 进一步增强了探索新架构的必要性。

本白皮书的主要目标是提供一份透明且可验证的 10 年期总拥有成本对比，针对两种方案在交付 1EB 可用存储容量时的部署情况。此项总拥有成本计算排除了软件平台成本，仅聚焦于：

• 硬件购置
• 刷新
• 电力成本
• 空间成本

尽管计算以 1EB 为基准，但其相对经济效益具有可扩展性，使得本分析对于从约 20PB 直至泽字节 (ZB) 级别的部署场景均具有参考价值。通过分析硬件购置、定期更新、电力消耗及数据中心空间等成本要素，本分析旨在为技术决策者提供关键量化数据，以支持其在长期、大规模存储基础设施投资方面做出明智的战略决策。

总拥有成本建模框架：假设条件与依据

为实现透明、可对比的分析，本次 TCO（总拥有成本）分析建立在一套明确的假设框架之上。每一项假设均由公开可获得的数据、厂商技术规格、行业报告，或在适用情况下由厂商直接出具的证明予以支持。本分析旨在构建一个现实但具有针对性的场景，用以反映在 EB 级规模部署存储系统时可能呈现的经济性。整个 TCO 模型的有效性，完全取决于这些基础假设的可信度。因此，文中对每一项假设及其支撑依据均进行了审慎审视。

目标容量

本分析的目标是在 HDD/CEPH 方案和 SSD/VAST 方案中，均交付 1EB 的可用存储容量。（1EB = 1,000 拍字节 (PB) = 1,000,000 太字节 (TB)）。

硬件定价（批量采购，EB 级规模）

所采用的定价反映了在 EB 级规模进行采购时的预期成本。显然，这类采购规模相较于标准企业级或零售定价，可获得显著的数量折扣。所有价格以美元计价。

• Seagate Exos Mozaic 3+ 30TB 机械硬盘：预计每 TB 13.3 美元²
  支撑依据：价格估算基于 Seagate 公开披露的大容量存储业务营收及出货 EB 数量。其中，大容量存储业务营收（估算为总营收 65.51 亿美元的 72%）约为 47.16 亿美元。同期大容量存储出货量为 355EB（即 3,550 亿 GB）。将营收除以容量，可得：47.16 亿美元 ÷ 3,550 亿 GB ≈ 0.0133 美元/GB，即 13.3 美元/TB。这一结果反映了在超大规模或 EB 级批量采购最新高容量硬盘时，超大规模客户可实现的激进定价水平。
• Solidigm D5-P5336 122TB QLC 固态硬盘：预计每 TB 60 美元
  支撑依据：同时，本文假设在 VAST Data 解决方案中集成的 Solidigm 122TB QLC 固态硬盘，在 EB 级采购规模下可获得可行的批发定价。该价格基于战略性的大规模合同定价假设，充分利用了 VAST Data 专为 QLC NAND 设计的系统架构效率，以及 Solidigm 在超高密度 固态硬盘上持续优化每 TB 成本的产品策略。尽管该价格水平仍高于机械硬盘，但 60 美元/TB 的假设体现了在 Solidigm + VAST 架构组合下，高密度 QLC 固态硬盘在规模化部署时所可能实现的经济性转变，同时也合理反映了当前市场格局。需要指出的是，最终 TCO 对这一价格假设具有一定敏感性。

硬件使用寿命、质保与更新周期

两种方案在假定的运行寿命和硬件更换频率上存在显著差异，这主要由底层技术特性、质保范围以及在大规模环境中维持性能与可靠性的最佳实践所决定。这一差异是两种方案 TCO 出现显著分化的核心因素之一，其依据来自对机械硬盘与固态介质固有属性的对比，以及各厂商的质保承诺。

• HDD/CEPH：Seagate 30TB Exos 企业级 HDD 提供标准 5 年有限质保。然而，来自 Backblaze³ 等大规模部署的经验数据表明，机械硬盘的年化故障率 (AFR) 通常会在运行第 3 至第 5 年后显著上升，进入“浴盆曲线”的“磨损”阶段。在高负载、活跃的 EB 级生产环境中，持续依赖已进入磨损阶段的硬盘运行，会带来不可接受的风险以及潜在的性能下降。因此，为契合关键任务系统的常见企业实践，并降低不断上升的故障率带来的影响，本 TCO 模型假设 HDD 采用 4 年更新周期。这意味着在 10 年分析周期内，需要进行两次完整的硬件更新（分别在第 4 年末和第 8 年末）。尽管部分行业趋势显示更新周期有所延长，但 4 年的假设更符合在高强度 EB 级机械硬盘系统中维持系统健康度与性能的审慎策略。
• Solidigm SSD/VAST：Solidigm 固态硬盘同样提供标准 5 年有限质保。但在 VAST 基础架构中，VAST Data 承诺在整个 10 年 TCO 分析周期内，这些固态硬盘均可可靠运行，而无需进行硬件更新。固态硬盘完全受 VAST Data 全面 10 年系统质保计划的覆盖，该计划明确包含对所使用 Solidigm QLC 固态硬盘耐久性的保障。Solidigm 固态硬盘的性能、耐久性和可靠性，与 VAST Data AI 操作系统先进的磨损均衡算法及写入管理技术相结合，使其能够支持业内领先的 10 年系统级质保。此外，Solidigm 固态硬盘通常具备 200 万小时平均无故障时间 (MTBF) 指标，⁴进一步增强了整体系统的长期可靠性。由于不存在机械运动部件，固态硬盘在物理耐用性和可靠性方面也天然优于机械硬盘。

机械硬盘更新价格

为反映存储成本随时间下降的趋势，模型假设在第 4 年和第 8 年进行的机械硬盘更新中，每 TB 的价格相较前一次采购下降 25%。例如，第 4 年的单 TB 价格为第 0 年的 75%，而第 8 年的单 TB 价格则为第 4 年价格的 75%。

支撑依据：从历史数据看，随着技术进步和面密度提升，机械硬盘的单位容量成本长期呈下降趋势，尽管下降速率会有所波动。Backblaze 的数据显示，在 2017 至 2022 年间，不同容量机械硬盘的平均年降幅超过 9%。⁵ 在 4 年周期内假设 25% 的价格下降，相当于约 7% 的年均降幅，对于预期技术持续进步的大规模采购合同而言，是一个合理且保守的假设。

在 10 年周期内，机械硬盘方案需要进行两次完整更换，而固态硬盘方案无需更换，这一在使用寿命上的巨大差异，是推动 TCO 出现根本性分化的关键因素。该差异基于两类技术的物理特性、机械硬盘在高负载使用场景下的失效率演变规律，以及 VAST Data 解决方案在 QLC 固态硬盘耐久性管理方面所提供的软件能力与质保承诺。

存储开销与数据精简率

由于文件系统开销、数据保护机制以及数据压缩与精简技术的不同，原始存储容量转化为可用容量的效率在两种方案之间存在显著差异。这些早期阶段的效率假设具有极强的“放大效应”，因为它们直接决定了所需的原始物理容量规模，进而影响硬件数量、能耗水平以及机房空间占用。

文件系统元数据开销：假设在 HDD/CEPH 方案和 SSD/VAST 方案中，文件系统元数据的开销均为 10%。

支撑依据：文件系统元数据（用于跟踪文件位置、属性、权限等）会占用一部分原始存储容量。实际占比会因所使用的文件系统类型、存储文件的平均大小以及其他配置因素而有所不同，其范围可能从超大文件场景下的不足 1%，到以极小文件为主的系统中超过 20%。行业指南和实际运维经验通常在大型、混合使用环境的规划中采用 10% 作为合理的经验值。例如，AWS FSx for ONTAP 指出，对于典型文件大小，元数据开销通常为 3%–7%，但建议在规划容量池存储相关的元数据时，按 10% 开销进行预留（即每 10 GiB 数据预留 1 GiB 固态硬盘用于元数据）。VMware vSAN ESA 也会为全局元数据分配大约 10% 的容量。

数据保护开销：为防范磁盘故障而超出用户数据规模所需的额外存储容量，会因所选用的数据保护方案而有所不同。

• HDD/CEPH：在 HDD/CEPH 方案中，假设数据保护开销为 12.5%。

支撑依据：该开销水平反映了在大规模机械硬盘系统中使用纠删码时，在可靠性（可应对多盘故障）与容量效率之间取得的一种常见平衡。尽管具体的纠删码方案（如 k+m）会决定精确的开销比例，但 12.5%（相当于 8+1 方案的开销，或略优于典型 14+2 方案的 14.3%）代表了在 EB 级规模、配置合理的 CEPH 集群中一个现实且可达的效率目标，在优先保证可用容量的同时，仍能对常见故障场景提供稳健的数据保护。

• Solidigm SSD/VAST：在 SSD/VAST 方案中，假设数据保护开销仅为 2.7%，这一水平通过 VAST 使用的 146+4 本地可解码纠删码方案实现。

支撑依据：VAST Data 采用了新型、已获专利的本地可解码纠删码，专门针对闪存介质进行优化。与许多机械硬盘系统中使用的传统 Reed-Solomon 纠删码相比，这些编码方案允许采用更宽的条带结构（例如 146 个数据块 + 4 个校验块，即 146+4）。更宽的条带能够显著降低相对开销。在 146+4 方案中，其开销为 m/k = 4/146 ≈ 2.7%。

数据精简效率：重复数据删除和压缩等数据精简技术，可通过减少存储逻辑数据所需的物理容量，进一步提升整体存储效率。在本模型中，HDD/CEPH 方案假设 0% 数据精简，而 Solidigm SSD/VAST 方案假设 2.5:1 的数据精简比，二者之间的巨大差异至关重要，必须基于底层存储介质的性能特性进行充分论证。

• HDD/CEPH：在 HDD/CEPH 方案中，假设可实现的数据精简率为 0%（即 1:1）。
  支撑依据：尽管 CEPH 软件具备重复数据删除能力，但在基于机械硬盘的存储池中启用这些功能，尤其是在大规模环境下，往往会带来不可接受的性能损耗。重复数据删除在查重和元数据管理过程中产生大量随机 I/O，而这种访问模式与机械硬盘顺序读写性能优势和高访问延迟特性存在天然冲突。数据在物理介质上的高度碎片化还会严重影响读取性能（数据重构/还原阶段尤为明显），使得全局去重在机械硬盘上对活跃数据而言几乎不可行。压缩可能带来一定收益，但在多样化数据集上的效果通常有限，相比更先进的技术也不够显著，同时仍会引入性能开销。因此，在以可用性能为优先目标的配置下，假设 1:1（无有效数据精简）是一个现实且保守的基线假设。
• Solidigm SSD/VAST：在 Solidigm SSD/VAST 方案中，假设可实现平均 2.5:1 的数据精简比 (DRR)。
  支撑依据：VAST Data 平台采用“基于相似性的精简技术，”这是一种全局且细粒度的数据精简方式，融合了去重与压缩的优势，并专为闪存介质设计。与机械硬盘不同，固态硬盘能够高效处理读取精简数据时产生的随机 I/O 模式，从而避免了旋转介质在去重场景下常见的性能瓶颈。VAST 报告其在全球客户群中的平均数据精简比约为 3:1，其中包括企业级备份等在内的多种工作负载，部分场景下的精简比甚至更高。VAST 所引用的具体客户部署示例包括：地震数据 2.5:1；Splunk 数据 3.5:1；量化交易数据 8:1。本模型采用的 2.5:1 假设略低于 VAST 宣称的整体平均水平，但与部分数据类型的实际案例相符，是在大规模、混合工作负载 EB 级环境中，结合 VAST 与 Solidigm 技术后一个可信且审慎的效率预期。由于 VAST 采用原生面向闪存的系统架构，该数据精简是在不影响性能的前提下实现的。

VAST 高效的纠删码机制（极低的数据保护开销）与其高效的数据精简技术相结合，在整体存储效率上产生了显著的叠加效应。最终结果是：在交付目标 1EB 可用存储容量的前提下，Solidigm + VAST 解决方案所需的原始物理存储容量显著低于 HDD/CEPH 方案。

有效原始容量需求测算

基于上述开销与数据精简假设，各方案所需的原始物理容量估算如下：

• HDD/CEPH：
  文件系统开销后 (10%)：所需容量：1EB / (1 - 0.10) = 1.111EB
  在 12.5% 数据保护开销、1:1 数据精简比条件下的原始容量 1.111EB * (1 + 0.125) = 1.111EB * 1.125 = 1.250EB
• Solidigm SSD/VAST：
  文件系统开销后 (10%)：所需容量：1EB / (1 - 0.10) = 1.111EB
  在 2.7% 数据保护开销条件下的最终所需容量：1.111EB * (1 + 0.027) = 1.141EB
  所需原始容量（经 2.5:1 数据缩减后）：1.141EB / 2.5 = 0.456EB

该计算展示了效率差异：Solidigm + VAST 解决方案所需的原始物理存储量约为 HDD/CEPH 方案 (1.250EB / 0.456EB) 的 2.7 倍，即可提供相同的 1EB 可用容量。这种对物理硬件需求的根本差异，进一步减少了组件数量、资本成本、能耗以及空间占用。

图 1. 基于固态硬盘与机械硬盘存储方案的原始容量计算（单位：艾字节）

硬件规模确定

计算得出的原始容量需求可转换为以下初始解决方案部署所需的组件数量：

• HDD/CEPH：
  所需 30TB 机械硬盘数量：1.250EB * (1,000,000 TB/EB) / 30 TB/驱动器 = 41,666.6…… → 41,667 个驱动器
  假设的机箱类型：一种常见的高密度机械硬盘平台是 Supermicro 4U 机箱，可容纳 90 个 3.5 英寸驱动器⁶
  所需机箱数量：41,667 个驱动器/90 个驱动器/机箱 = 462.96…… → 463 个机箱
• Solidigm SSD/VAST：
  Solidigm 122TB 固态硬盘数量：0.456EB * (1,000,000 TB/EB) / 122.88 TB/驱动器 = 3,737.7…… → 3,738 个驱动器
  假设的机箱类型：VAST Data 使用多家制造商的硬件，包括 1U Ceres 等 AIC 定制设计的高密度存储平台。本分析假设采用 1U Ceres 机箱配置，可容纳 22 x 122TB 固态硬盘。由此，每 1U 机箱的原始容量为 22 * 122TB = 2684TB。
  所需机箱数量：3,738 个驱动器/22 个驱动器/机箱 = 169.9…… → 170 个机箱

表 3 凸显了 Solidigm + VAST 解决方案所需物理组件数量的减少 - 驱动器数量减少大约 11 倍，机箱数量减少了大约 2.7 倍。这些数据直接来源于原始容量计算和供应商指定的组件容量，使得物理规模的差异具体且易于理解。

数据中心基础设施假设

采用现代、高效数据中心的通用标准假设。

• 降低成本：每千瓦 0.15 美元
  支撑依据：该电价水平处于美国各地区商业用电成本的合理区间之内，而美国商业电价因地区不同而存在显著差异。⁸ 尽管美国商业用电的平均电价可能略低（例如，根据 EIA 近期数据，约为 0.12–0.13 美元/千瓦时），但 0.15 美元/千瓦时对于某些高成本地区而言是一个合理的水平，或可反映零售型主机托管的定价结构。批发电价可能低得多，但其波动性也非常大。
• 电能使用效率 (PUE)：1.4
  支撑依据：PUE 用于衡量数据中心设施总耗电量与 IT 设备耗电量之间的比值。理论上的理想 PUE 值为 1.0。根据 Uptime Institute 的调查，近年来行业平均 PUE 一直维持在 1.55–1.56 左右。⁹然而，较新且高效的数据中心通常可以实现 1.3 或更优 的 PUE。因此，假设 1.4 的 PUE 代表在现代数据中心中进行大规模部署时一个高效且可实现的目标。
• 空间成本：
  HDD/CEPH & SSD/VAST：5,000 美元/机架/月（用于 40 kW 高功率机架，配备增强型制冷能力，反映新建数据中心的成本水平）
  支撑依据：主机托管费用差异很大。尽管标准功率机架的价格可能更低，但能够支持 40 kW 以上功率密度的高密度机架（例如密集部署的 SSD/VAST 系统所需的机架，且在 GPU 基础设施中也日益常见）需要更强大的电力基础设施和先进的制冷方案（如后门式热交换器），因此价格明显更高。若假设新建数据中心在设计时即统一采用高功率机架，以满足包括 GPU 在内的未来需求，则每月 5,000 美元的价格可被视为对电力和制冷能力所需投资的合理估计，尤其适用于一线市场或包含全面服务协议的场景。
• 标准机架规格：本分析假设采用标准 19 英寸 EIA 机架，其典型参数如下：
  高度：42U 
  深度：大约 1,000 毫米 - 1,200 毫米
  静态承重能力：2,000–3,000 磅（907–1,363 千克） 计算中采用 1,363 千克（3,000 磅）的承重能力。
  功率容量：假设每个机架为 40 kW

设施占地分析

基于硬件规模和基础设施假设，对物理占地和功率需求估算如下：

• HDD/CEPH：
  机箱：463 台 4U Supermicro 90 盘位
  总机架单位空间：463 个机箱 × 4U/机箱 = 1,852 个机架单位
  单个驱动器功耗（平均）：6.5 瓦，来源于典型企业级机械硬盘规格 ¹⁰
  单个机箱功耗（平均）：功耗由驱动器功耗加机箱本体开销组成
  驱动器功耗 = 90 个驱动器 × 6.5 W/驱动器 = 585 W。机箱本体功耗开销为 1,000 W
  单个机箱的 IT 总功耗 ≈ 585 W + 1,000 W = 1,585 W 或 1.585 kW
  IT 总功耗（平均）：463 个机箱 × 1.585 kW/机箱 ≈ 733.855 kW
  单个驱动器重量：0.695 千克。
  单个机箱重量（满配）：机箱空重约为 68 千克。驱动器重量 = 90 × 0.695 千克 = 62.55 千克
  满配机箱总重量 ≈ 68 千克 + 62.55 千克 = 130.55 千克
  所需机架数量：由最严格的限制条件决定（空间、功率或重量）
  空间限制：42U 机架/4U/机箱 = 10.5 → 每个机架可放置 10 个机箱。所需机架数量 = 463 / 10 = 46.3 → 向上取整为 47 个机架
  功率限制（40 kW/机架）：40 kW/机架 ÷ 1.585 kW/机箱 = 25.23 → 每个机架可放置 25 个机箱。所需机架数量 = 463 / 25 = 18.52 → 向上取整为 19 个机架
  重量限制（1,363 千克/机架）：假设机架自身重量约为 150 千克。可用承载重量 = 1,363 千克 − 150 千克 = 1,213 千克。每个机架可放置的最大机箱数 = 1,213 千克 ÷ 130.55 千克/机箱 = 9.29 → 取 9 个机箱。所需机架数量 = 463 / 9 = 51.44 → 向上取整为 52 个机架
  结论：该部署方案仍然受重量限制，每个机架放置 9 个机箱，共需 52 个机架。
  总机架功率（含 PUE）：52 个机架 ×（9 个机箱/机架 × 1.585 kW/机箱）× 1.4 (PUE) ≈ 52 × 14.265 kW × 1.4 ≈ 1038.56 kW
  每个机架的平均 IT 功率：14.265 kW（远低于 40 kW 的限制）
  每个机架的平均重量（满配）：9 个机箱 × 130.55 千克/机箱 + 150 千克（机架）≈ 1,175 千克 + 150 千克 = 1,325 千克（低于 1,363 千克的限制）

• Solidigm SSD/VAST：
  机箱：170 台 1U VAST Ceres
  总 U 空间：170 个机箱 × 1U/机箱 = 170 U
  单个机箱功耗（运行状态）：假设为 1.0 kW
  IT 总功耗（运行状态）：170 个机箱 × 1.0 kW/机箱 = 170 kW
  单个 Ceres 机箱重量（满配）：29.5 千克
  所需机架数量：由最严格的限制条件决定（空间、功率或重量）
  空间限制：42U 机架 / 1U/机箱 = 42 个机箱/机架。所需机架数量 = 170 / 42 = 4.05 → 向上取整为 5 个机架
  功率限制（40 kW/机架）：40 kW/机架 ÷ 1.0 kW/机箱 = 40 个机箱/机架。所需机架数量 = 170/40 = 4.25 → 向上取整为 5 个机架
  重量限制（1,363 千克/机架）：可用承载重量 = 1,213 千克。每个机架可容纳的最大机箱数量 = 1,213 千克 ÷ 29.5 千克/机箱 = 41.1 → 取整为 41 个机箱/机架。所需机架数量 = 170 ÷ 41 = 4.15 → 向上取整为 5 个机架
  结论：该部署方案在功率 / 重量 / 空间三方面的限制下，最终需要 5 个机架
  总机架功率（含 PUE）：5 个机架 ×（170 个机箱 ÷ 5 个机架 × 1.0 kW/机箱）× 1.4（PUE）= 5 ×（34 个机箱/机架 × 1.0 kW/机箱）× 1.4= 5 × 34 kW × 1.4 = 238 kW
  每个机架的平均 IT 功率：170 kW ÷ 5 个机架 = 34 kW （在 40 kW 的限制范围内）
  每个机架的平均重量（满配）：34 个机箱 × 29.5 千克/机箱 + 150 千克（机架）= 1,003 千克 + 150 千克= 1,153 千克（远低于 1,363 千克的限制）

基础设施占地分析量化了 Solidigm + VAST 解决方案所实现的显著物理整合效果。得益于 Solidigm 122TB 固态硬盘更高的存储密度以及 VAST 软件带来的效率提升，全闪存方案所需的机架数量减少了 10 倍以上（5 个机架对比 52 个机架）。HDD 方案更高的机箱本体功耗进一步拉大了总设施功率消耗的差距（SSD/VAST 为 238 kW，而 HDD/CEPH 为 1038.56 kW）。这些基于组件规格和行业标准数据中心指标得出的物理与电力占地差异，是 TCO 中运营支出差异的主要驱动因素。

图 2：固态硬盘与机械硬盘存储一艾字节数据所需的机架总数

排除项

以下成本类别被有意排除在 TCO 计算之外：

• 软件支持成本：与 CEPH 支持合同或 VAST Data 软件许可及支持相关的费用未计入。
• 网络基础设施成本：用于连接存储节点的网络交换机、线缆和光模块成本，在该规模下被假定为两种方案之间差异不显著，因此予以排除。
• 人工成本：与初始部署、日常维护以及硬件更新相关的人工成本未进行定量计算，而是在定性层面进行讨论。

10 年期总拥有成本分析：HDD/CEPH 与 Solidigm SSD/VAST 对比

本节基于前一节建立的分析框架，计算并比较两种存储方案在 10 年周期内的 TCO，汇总了硬件采购与更新、电力消耗以及数据中心空间等成本。分析表明，尽管 Solidigm SSD/VAST 方案的初始资本支出较高，但通过显著降低更新成本和运营支出，在长期内可以实现成本优势。

硬件购置和更新成本

• HDD/CEPH 案的估算成本：
  初始硬盘成本（第 0 年）：1.250 EB × 13.3 美元/TB × 1,000,000 TB/EB = 16,625,000 美元
  初始机箱成本（第 0 年）：463 个机箱 × 5,000 美元/机箱（估算值） = 2,315,000 美元
  第 0 年合计成本：18,940,000 美元
  第 4 年机械硬盘更新（仅硬盘，价格下降 25%）：1.250 EB × （13.3 美元*0.75）/TB × 1,000,000 TB/EB = 12,468,750 美元
  第 8 年机械硬盘更新（仅硬盘，再下降 25%）：1.250 EB × (13.3 美元 × 0.75 × 0.75)/TB × 1,000,000 TB/EB= 9,351,562.50 美元
  10 年期硬件总成本 (HDD/CEPH)：18,940,000 美元 + 12,468,750 美元 + 9,351,562.50 美元 ≈ 40.77M 美元
• Solidigm SSD / VAST 方案的估算成本：
  初始硬盘成本（第 0 年）：0.456 EB × 60/TB 美元 × 1,000,000 TB/EB = 27,360,000 美元
  初始机箱成本（第 0 年）：170 个机箱 × 10,000 美元/机箱（估算值，反映其一体化系统特性）= 1,700,000 美元
  第 0 年合计成本：29,060,000 美元
  假设 10 年内无需刷新。
  10 年总硬件成本 (SSD/VAST)：2,906 万美元

Solidigm + VAST 解决方案的初始硬件投资预计比 HDD/CEPH 解决方案高约 53%。然而，由于机械硬盘方案需要进行两次完整的硬盘更新（额外增加约 2,180 万美元），其 10 年期硬件总成本预计比全闪存方案高约 40%。这说明了生命周期假设所产生的关键影响：机械硬盘在初期较低的投入成本，在十年周期内由于反复的更换而变得更加昂贵；而这一成本可以通过采用使用寿命更长、并由 VAST Data 提供 10 年质保的固态硬盘方案予以避免。

图 3：固态硬盘 (SSD) 和机械硬盘 (HDD) 存储容量达到艾字节级别时的 10 年期总硬件成本比较

运营支出 - 功率消耗估算

• HDD/CEPH：
  设施总功率（平均）：1038.56 kW（见表 4）
  年度能耗：1038.56 kW × 24 小时/天 × 365 天/年 = 9,098,193.6 kWh
  年度电力成本：9,098,193.6 kWh × 0.15 美元/kWh = 1,364,729.04 美元
  10 年期电力成本（HDD/CEPH）：1,364,729.04 美元 × 10 ≈ 1,365 万美元
• Solidigm SSD/VAST：
  设施总功率（运行状态）：238 kW（见表 4）
  年度能耗：238 kW × 24 小时/天 × 365 天/年 = 2,085,120 kWh
  年度电力成本：2,085,120 kWh × 0.15 美元/kWh = 312,768 美元
  10 年期电力成本 (SSD/VAST)：312,768 美元 × 10 ≈ 313 万美元

Solidigm + VAST 解决方案由于组件数量更少、能效更高，因此总机房电力消耗较 HDD/CEPH 系统降低了 77%。在 10 年周期内，这相当于可节省超过 1,050 万美元的直接电力成本。这种运营成本节省，直接源于固态硬盘技术更高的存储密度和能效优势，以及 VAST 架构的高效设计。

图 4. 固态硬盘与机械硬盘的 10 年周期用电成本对比（以艾字节存储容量为单位）

运营支出 - 数据中心空间成本估算

• HDD/CEPH：
  机架数量：52 个机架（见表 4）
  年度空间成本：52 个机架 × 5,000 美元/机架/月 × 12 个月/年 = 3,120,000 美元
  10 年期空间成本 (HDD/CEPH)：3,120,000 美元 × 10 = 3,120 万美元
• SSD/VAST：
  机架数量：5 个机架（见表 4）
  年度空间成本：5 个机架 × 5,000 美元/机架/月 × 12 个月/年 = 300,000 美元
  10 年期空间成本 (SSD/VAST)：300,000 美元 × 10 = 300 万美元

SSD/VAST 解决方案凭借其极高的存储密度（5 个机架对比 52 个机架），在 10 年内可带来约 2,820 万美元的空间成本节省。这凸显了在长期、大规模部署中，物理占地面积（由存储密度决定）如何成为一个关键的经济差异化因素，尤其是在使用高端数据中心机架空间的情况下。

总拥有成本综合分析

• HDD/CEPH 的 10 年期 TCO：4,077 万美元（硬件）+ 1,365 万美元（电力）+ 3,120 万美元（空间）= 8,562 万美元
• SSD/VAST 10 年期 TCO：2,906 万美元（硬件）+ 313 万美元（电力）+ 300 万美元（空间）= 3,519 万美元
• 采用 SSD/VAST 方案预计可实现的硬件 + 运营支出 (OpEx) TCO 节省：8,562 万美元 − 3,519 万美元 = 5,043 万美元
• 节省比例：（5,043 万美元 / 8,562 万美元）× 100% ≈ 58.9%

综合性的 10 年期 TCO 分析在考虑 HDD 机箱更高的电力开销后，进一步放大了 Solidigm + VAST 全闪存解决方案的经济优势。HDD/CEPH 方案更高的电力成本，加之其庞大的空间占用，使其总体拥有成本显著上升。尽管 HDD 在初始阶段每 TB 成本可能更低，但在百 EB 规模、10 年周期内，其较低的能效、更短的更新周期以及更高的电力和空间需求所带来的累积支出，使其成为一种总体上更昂贵的选择。

数据之外的考量 定性分析与战略因素

尽管 10 年期 TCO 分析提供了极具说服力的定量对比，但定性因素同样在区分这两种方案方面发挥着重要作用，并影响其整体价值主张及其在现代数据中心中的战略契合度。这些因素虽然未直接纳入上述 TCO 计算，但对于全面评估至关重要，且往往会转化为超越直接成本节省的战略优势。

性能差异 - 加速洞察与应用

底层介质的根本差异（机械旋转磁盘与闪存）带来了数量级上的性能差距。机械硬盘通常只能提供毫秒级延迟，单盘 IOPS 一般仅为数百。而 Solidigm 固态硬盘，尤其是在 VAST Data 优化系统中基于 NVMe 的 QLC 固态硬盘，可实现微秒级延迟，并提供远高于机械硬盘的 IOPS 和带宽。⁴

• 影响：Solidigm + VAST 全闪存解决方案的性能优势可转化为切实的业务收益：更快的应用响应时间、更短的批处理窗口、能够在单一平台上整合更多类型且要求更高的工作负载，以及更快地从数据分析和 AI 项目中获得洞察。对于将数据处理速度和分析效率视为竞争优势的企业而言，这种性能提升具有不可估量的价值。

运营负担 - 简化、可靠性与工作量降低

与 HDD/CEPH 架构相比，Solidigm + VAST 解决方案所需的物理组件（硬盘、机箱、机架）数量显著更少。固态硬盘的年化故障率 (AFR) 通常低于机械硬盘，尤其是在机械硬盘使用年限超过最初几年之后。³ SSD/VAST 方案在 10 年周期内无需进行硬件更新，而机械硬盘阵列则需要进行两次完整、具有高度破坏性且劳动密集型的更新，这种对比尤为鲜明。

• 影响：Solidigm + VAST 解决方案显著降低了运营复杂度和管理开销。更少的故障意味着更少的被动维护，而无需强制更新硬件则释放了宝贵的 IT 资源，降低了大规模硬件更换所带来的风险，并提升了整体系统的可用性和可预测性。这不仅可能降低存储管理所需的人力配置，还能让现有团队将精力投入到更具战略价值的工作中。

环境因素 - 10 年生命周期视角

环境影响对组织及其客户而言日益重要。

• 运营用电：如表 6 所示，Solidigm + VAST 解决方案在 10 年内的机房用电量约比机械硬盘方案低 77%。这将直接显著降低 Scope 2 的运营碳排放。
• 隐含碳排放与电子废弃物：尽管单个固态硬盘在制造阶段的碳足迹可能高于机械硬盘，但 Solidigm + VAST 方案在初始部署时所需的硬盘数量更少（3,738 块固态硬盘对比 41,667 块机械硬盘）。此外，机械硬盘方案在 10 年内需要进行两次完整更新，这意味着三套硬盘的制造与报废；而固态硬盘方案仅需一套。这有助于减少电子废弃物，并降低整体制造环节的累计碳排放。
• 材料使用：固态硬盘的更高密度意味着在提供相同可用容量的情况下，所需的原材料更少。
• 影响：从 10 年生命周期分析来看，由于显著更低的运营能耗、避免了机械硬盘更换带来的制造排放和电子废弃物，以及基础设施材料用量的减少，Solidigm + VAST 解决方案在可持续性方面更具优势。

释放潜能 - 资源再分配与 AI 加速

全闪存解决方案所带来的效率提升，可以释放宝贵的数据中心关键资源。

• 电力与空间节省：计算结果显示，机房电力可节省约 800 kW（机械硬盘方案为 1,038.56 kW，而固态硬盘方案为 238 kW），同时可节省 47 个数据中心机架（见表 4），这些都属于极其宝贵的资源。这些资源可以重新分配，用于为其他关键 IT 基础设施供电和提供空间，例如用于 AI/ML 工作负载的 GPU 服务器，而无需扩建数据中心面积或提升供电容量。巨大的空间成本节省（10 年约 2,820 万美元）以及电力成本节省（超过 1,050 万美元）进一步凸显了再投资或避免成本支出的巨大潜力。
• AI/GPU 加速：高性能计算，尤其是 AI 和机器学习，对高吞吐、低延迟的存储有着极高要求，以确保昂贵的 GPU 资源能够被充分利用。传统基于机械硬盘的存储往往会成为严重瓶颈，导致 GPU “缺粮”，从而降低 AI 投资的投资回报率 (ROI)。Solidigm + VAST 全闪存解决方案的性能特性非常适合这类高要求工作负载。
• 影响：Solidigm + VAST 解决方案不仅是一个具备成本优势的存储平台，更是推动整个数据中心效率和性能提升的关键使能者。将电力和空间重新用于能够产生收入或具有战略关键性的应用（如 AI），而不是消耗在效率较低的存储系统上，本身就带来了显著的间接经济收益。

结论

本白皮书所呈现的分析，基于数据，对在两种不同技术路径下部署 1 EB 可用存储容量的 10 年期总拥有成本 (TCO) 进行了对比，重点聚焦于硬件成本与运营支出。

基于本框架中的假设与计算结果，分析结论明显倾向于现代全闪存解决方案。由 Solidigm D5-P5336 122TB QLC 固态硬盘与 VAST Data AI 操作系统组成的方案，其 10 年期总拥有成本 (TCO) 计算结果为 3,519 万美元，明显低于由 CEPH 管理的传统大容量机械硬盘方案的 8,562 万美元。这意味着在 10 年周期内，预计可节省 5,043 万美元，约合 58.9% 的成本。

这一极具吸引力的经济优势，源自 Solidigm + VAST 架构内在多项因素的协同作用：

• 卓越的存储效率：VAST Data 先进的数据缩减技术与高度高效的纠删码机制，结合 Solidigm 122TB QLC 固态硬盘的超高密度，大幅降低了所需的原始物理容量（0.456 EB 对比 1.250 EB）。这种基础层面的效率提升，从一开始就意味着所需的硬盘、机箱和机架数量显著减少。
• 消除硬件更新需求：VAST Data 提供的 10 年质保，以及 Solidigm + VAST 解决方案在设计层面所具备的长期耐用性，使其能够避免因 HDD/CEPH 方案 4 年一次的更新周期而可能产生的超过 2,180 万美元的机械硬盘更换成本，以及随之而来的运营中断。
• 运营支出减少：全闪存系统由于组件数量更少且设计高度节能，在 10 年部署周期内，可在数据中心电力（节省超过 1,050 万美元）和空间（节省超过 2,820 万美元）方面带来持续而显著的成本节约。

除了 TCO 的大幅降低之外，Solidigm + VAST 解决方案还具备一系列关键的定性与战略优势，包括：对 AI / ML 工作负载而言更优异的性能、更低的维护负担、更高的可靠性，以及更强的长期可持续性表现。电力和空间方面的节省，还为数据中心内部的资源再分配创造了宝贵机会，有助于推迟甚至避免代价高昂的数据中心扩建。

尤为关键的是，本分析表明：在 10 年周期的视角下，长期以来需要为“冷数据”配置单独、低成本机械硬盘层级的传统假设，可能已不再具备经济合理性，尤其是在新建数据中心或进行大规模容量扩展的场景中。在大规模部署条件下，管理效率较低、寿命较短的机械硬盘基础设施，其累计成本可能会超过其初始采购成本所带来的优势。这一范式正在发生转变：单一、高密度、高效率的全闪存层，正在成为适用于更广泛数据类型（而不仅仅是性能敏感型应用）的最具经济性的选择。

对于在百 EB 规模上规划和投资存储基础设施的组织而言，采用由 Solidigm QLC 固态硬盘与 VAST Data 软件驱动的全闪存架构，代表了一条在经济性、效率和战略价值层面都更为优越的发展路径。证据表明，Solidigm + VAST 解决方案不仅能够带来可观的成本节省，同时还具备应对数据驱动型未来挑战、并释放其机遇所必需的性能、可靠性与可扩展性。