Сравнение SSD на базе технологии NAND и Storage Class Memory

Недавно на корпоративный рынок пришел новый стандарт памяти — Storage Class Memory на базе технологии 3D Xpoint. Давайте разберемся, в чем его отличие от традиционного SSD NAND и как с его появлением изменилось позиционирование накопителей.

Что такое SSD NAND?

Основной продукт на базе технологии NAND, с которым сталкиваются потребители — это флеш память, использующаяся в обычных USB флешках, картах памяти для фотоаппаратов и в прочей потребительской электронике.

На этой же архитектуре построены классические твердотельные накопители — ведь, по сути, диск SSD — это просто набор из нескольких флешек, объединенных в RAID.

Как развивалась технология NAND?

Первые твердотельные накопители SSD строились на базе технологии SLC, которая позволяла хранить 1 бит данных в ячейке памяти.

Затем технология SSD развивалась, и на рынок последовательно выходили MLC диски с хранением 2 битов в ячейке памяти, TLC с тремя битами, и, наконец, QLC с четырьмя битами данных в одной ячейке памяти.

Теоретически, с увеличением количества хранимых битов в ячейке памяти, уменьшается количество циклов перезаписи для накопителя, в котором этот вид памяти используется. На практике же, при реальной эксплуатации для дисков SLC/MLC/TLC (по дискам QLC еще не набрано достаточно статистики), этот теоретический максимум просто не достигается . Даже в высоконагруженных ЦОД.

Почему SSD все время дешевеют?

На цену дисков влияют два фактора:

1) технология постоянно развивается и позволяет хранить больше бит данных в одной ячейке памяти, т.е. увеличивается плотность хранения информации;
2) объем производства SSD непрерывно растет, что снижает стоимость производства каждой единицы товара.

Современные реализации SSD активно приближаются по цене к HDD со скоростью вращения 10К, и полностью вытеснили 15К диски в корпоративном сегменте.

Появление Storage Class Memory

Несколько лет назад объединенное совместное предприятие корпораций Intel и Micron предложили альтернативу NAND — технологию 3D XPoint (читается как "3D кросспойнт"). Коммерческая реализация продуктов на этом стандарте памяти вышла под названиями Intel Optane и Micron QuantX.

В чем преимущества Storage Class Memory?

Появление продуктов на базе 3D XPoint совершило революцию в твердотельных накопителях — появился тип памяти, который по скорости находится между оперативной памятью DRAM и SSD NAND.

Основным преимуществом является производительность: нелинейная скорость доступа к памяти 3D XPoint на чтение/запись до 8-10 раз превышает скорость доступа к NAND. Помимо этого, память имеет сверхнизкую латентность — около 10 мкс демонстрируют диски 3D XPoint с интерфейсом NVMe, по сравнению с более 100 мкс у SSD NAND с интерфейсом SAS/SATA . За такую производительность приходится платить — стоимость накопителей на 3D XPoint в два-пять раз выше, чем за аналогичный объем у NAND.

Где применяется Storage Class Memory?

Продукты на новом типе памяти вытесняют традиционные области применения NAND SSD, заняв его сегмент в корпоративных решениях, требующих экстремальной производительности.

Помимо различных форм-факторов, доступных в корпоративе для SSD (2.5", 3.5", M.2, M.3, PCIe) продукты Storage Class Memory могут устанавливаться в слоты DIMM, значительно расширяя объем используемой оперативной памяти, когда это требуется. С одной стороны, 3D XPoint на два порядка медленнее оперативной памяти, с другой — она энергонезависимая и может предоставлять большой объем.

Какой тип дисков выбрать?

Несмотря на то, что продукты на базе памяти 3D XPoint потеснили рынок в сегменте топовых высокопроизводительных решений, SSD и HDD по-прежнему востребованы в своих сегментах с небольшими изменениями позиционирования.

• HDD 15K. Данный тип дисков снят с производства и используется редкими игроками рынка. Новые модели не анонсируются уже несколько лет — на мировом рынке распродаются остатки. Стандарт устарел и на данный момент полностью вытеснен SSD.
• HDD 10K. SSD уже вплотную подбирается к этим дискам и постепенно вытесняет их из новых инсталляций. Помимо объема (100TB в одном SSD уже доступны к заказу в составе СХД и серверов) и устойчивости к вибрации, эти диски потребляют в разы меньше электричества, что полностью окупает разницу в цене по сравнению с HDD 10K в перспективе нескольких лет.
• HDD 7K. От этих дисков рынок пока не отказывается — производятся новые наработки, в течение года-двух ожидаются доступными для заказа в составе СХД диски объемом 24TB.
• 3D XPoint. Новый тип памяти рекомендуется для самых производительных инсталляций, где необходимо максимальное количество IOPS. Типичный пример — это сверхбыстрые базы данных, которые могут требоваться банкам и операторам связи для осуществления биллинга, крупным торговым сетям, большим интернет-магазинам, расчетно-кассовым центрам, а также любым организациям, производящим вычисления на больших объемах данных — геофизические расчеты, разработка месторождений, проектировка и анализ. На данный момент доступны к заказу диски объемом 1.5TB и их преимущества в СХД максимально проявляются при использовании протокола NVMe-over-FC.
• SSD. СХД с традиционными SSD на базе технологии NAND по-прежнему рекомендуется использовать для большинства инсталляций в качестве базового хранилища данных.