发布于 April 21, 2023
作者 Solidigm
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用于 Cloud and Enterprise Storage 的 Read-Intensive Workloads 推动 QLC 的采用
下载性能简介或阅读以下内容来了解 QLC 如何满足不断变化的数据存储工作负载，从而影响云和企业应用程序的总拥有成本。
Solidigm™ D5-P5430 QLC SSD 可为当今的主流工作负载提供合适的性能、密度和总拥有成本。
存储工作负载已今非昔比
当今世界似乎拥有无穷无尽的能力来创造和使用越来越多的海量数据。这场数据海啸从根本上重塑了存储需求，随着读取密集型工作负载加速增长，SSD 的平均耐久性水平逐步下降。最近的两项大规模研究说明了这一点：
- 94% 的工作负载是读取密集型工作负载，其中位数读写比率约为 78/22。[1]
- 99% 的 SSD 消耗不到其使用期限的 15%。[2]
读取密集型工作负载无处不在
主流和读取密集型工作负载在云和企业存储中无处不在。主流工作负载包括电子邮件和统一通信及协作服务器、通用服务器、基于对象的存储、虚拟桌面基础架构 （VDI） 等的应用程序和用法。这些工作负载倾向于围绕 80/20 读写组合进行集群，并且广泛部署于大多数企业中。在更大的范围内，内容交付网络 （CDN）、数据湖、数据管道、成像数据库、视频点播 （VOD） 服务等读取密集型用途和应用程序都围绕 90/10 或更高的读写组合进行集群。
最适合这些工作负载
在我们的读取密集型世界中，三级单元 （TLC） SSD 可能不适合这些应用程序。虽然它们提供了强大的读取性能，但由于以下几个原因，这些驱动器可能不适合主流和读取密集型工作负载：
- 大多数工作负载由低写入活动组成。
- 绝大多数 SSD 仅使用不到 15% 的驱动器额定寿命。[2]
- 在考虑可用外形和最大容量时，TLC SSD 在与四级单元 （QLC） SSD 相同的空间中仅支持四分之一的容量。[3]
QLC SSD：适合主流和读取密集型工作负载
Solidigm QLC SSD 可提供与 TLC 固态硬盘相当的读取性能，以及强大的写入性能和对许多工作负载的充足耐用性。下表对 TLC SSD 进行了规范，显示了 QLC 性能、耐用性和每个驱动器的最大容量与一系列 TLC SSD 的比较情况。
表1. Solidigm D5-P5430 与竞争对手的 SSD 的比较 [4,5]
在每单元位数转换中会出现耐久性问题。借助 Solidigm QLC 固态硬盘在大量可用容量上提供的 3，000 个编程/擦除 （PE） 周期，终身写入（用 PB 写入 [PBW] ）可以超过 TLC 固态硬盘。 比 PBW 更重要的是现实的耐久性需求。 一项显示大多数工作负载读取优势的大规模研究还检查了其大约 200 万个驱动器的数据集中有多少个 TLC SSD 已经使用了 QLC SSD。研究发现，在 1，000 个 PE 周期下，几乎 95% 的驱动器可以使用 QLC SSD 替换，而在 3，000 个 PE 周期（巧合的是 D5-P5430 QLC 驱动器的额定值）下，可替换几率将增加到近 99%。 [1] 这意味着针对主流和读密集型工作负载提供“大小适度”的 SSD 以提升性价比方面存在巨大商机。 QLC 的好处QLC SSD 适合于各种工作负载。此外，与用于对象存储的全部使用 TLC 阵列相比，IT 管理员可以降低多达 3 倍的机架占地面积、20% 的能源成本和 31% 的总体解决方案成本。[6] Solidigm D5-P5430 显示了这些工作负载的密度、总拥有成本和可持续性机会。
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[1] USENIX。 “在大型企业存储部署中进行的 SSD 可靠性研究。”2020 年 2 月。www.usenix.org/conference/fast20/presentation/maneas.
[2] USENIX。 “企业存储系统中的 SSD 操作特性：大规模实地研究。”2022 年 2 月。www.usenix.org/system/files/fast22-maneas.pdf.
[3] 最大 48 E3.E3.S 驱动器以及每个 2U 机箱 24 个 U.2 驱动器。E3.S 与 U.2 的比较 – 15.36TB U.2 Micron 7450 的总容量为 15.36TB x 24 = 368.64 TB，而 30.72TB 的 D5-P5430 可容纳 30.72TB x 48 = 1474.56TB，则 D5-P5430 支持的容量多出了 4 倍。
[4] Solidigm 性能和使用 D5-P5336 的 100% 16K RW 和 D5-P5430 的 100% 4K RW 的 PBW。Samsung、Micron 和 KIOXIA 最高容量驱动器的性能和 PBW。来源：Samsung。“Samsung V-NAND SSD PM9A3。” 2022 年。https://image.semiconductor.samsung.com/resources/data-sheet/Samsung_SSD_PM9A3_Data_Sheet_Rev1.0.pdf。Micron。“使用 NVMe® 的 Micron® 7450 SSD。”2022 年 5 月。 https://media-www.micron.com/-/media/client/global/documents/products/product-flyer/7450_nvme_ssd_product_brief.pdf. KIOXIA。“CD6-R 系列（KCD61LUL/KCD6XLUL/KCD6CD6LUL/KCD6LUL/KCD6FLUL）数据中心 NVMe™ 读取密集型固态硬盘。”2022 年。https://americas.kioxia.com/content/dam/kioxia/shared/business/ssd/data-center-ssd/asset/productbrief/dSSD-CD6-R-product-brief.pdf.
[5] Solidigm D5-P5430 产品规格和当前五季度的路线图。
[6] 将 30.72 TB 的 Solidigm™ D5-P5430 (7000MB/s 吞吐量，25W 平均运行功耗，5W 休闲功耗) 与最高容量 15.36 TB 的 Micron 7450 (规格说明书6800 MB/s 吞吐量，20W 平均活跃写功耗，5W 休闲功耗) 进行总拥有成本的比较。假设机架容量为 42U，存储可用 34U，每个 2U 服务器配备 24 个 U.3 TLC 固态硬盘和 36 个 E3.S QLC 固态硬盘。S QLC drives per server. 计算出等效的每 TB 吞吐量所需的工作周期：TLC 阵列为 20％，全 QLC 解决方案为 38.9％。RAID1 镜像和 5 年更新均用于两种方案。主要基本成本估算：电力成本 = 每千瓦时 0.15 美元，能源使用效率（PUE）系数 = 1.60，空机架购买成本 = 1,200 美元，系统成本 =10,000 美元，部署期机架成本 = 171,200 美元。计算结果基于截至 2023 年 3 月，使用内部 Solidigm 总拥有成本估算器得到的 Solidigm 总拥有成本估算值。