Nog niet zo lang geleden behoorde Solid State Disks to de niche producten. De redenen daarvoor waren de hoge aanschafprijs en het beperkte toepassinggebied van SSDs. Als gevolg van twee factoren zijn SSDs de laatste tijd enorm in de belangstelling gekomen.

1. Case study
De opkomst van Solid State Disks
Nog niet zo lang geleden behoorde Solid State Disks to de niche producten. De redenen daarvoor waren
de hoge aanschafprijs en het beperkte toepassinggebied van SSDs. Als gevolg van twee factoren zijn
SSDs de laatste tijd enorm in de belangstelling gekomen.
Ten eerste de dalende prijs van FLASH chips, ten tweede de toenemende moet een SSD worden toegepast en in welke situatie moet men over
prestatieproblemen als gevolg van I/O-flessenhalzen binnen data centers. gaan tot de aanschaf van SSDs? Daarvoor is het van belang dat de
Daarbij moeten we denken aan tijdkritische applicaties, relationele data- gebruiker de voor- en nadelen kent tussen de verschillende type SSD-
bases en sinds kort ook virtuele omgevingen. Het toenemende verschil in technologieën en toepassingen. Hierna volgt een kort overzicht.
prestaties tussen processor en disktoegangstijden is namelijk een van de
belangrijkste oorzaken van deze ontstane bottlenecks. Want ook al wor- DRAM en FLASH SSDs
den processoren steeds sneller, de gemiddelde toegangstijd van disken
neemt nog maar nauwelijks toe. Reden waarom gebruikers steeds vaker Voor SSD worden twee type geheugenchips gebruikt: dynamisch en
overwegen om een SSD te implementeren voor het oplossen van een I/O statisch random access memory (ram). Het verschil in beide typen ram
probleem. Naast de betere prestaties kent de SSD een aantal voordelen heeft betrekking op de manier waarop data wel of niet permanent wordt
ten opzichte van hard disks: minder stroomverbruik, meer betrouwbaar, opgeslagen (respectievelijk ‘volatile’ en ‘non-volatile’ ram genaamd).
minder gewicht, meer schokbestendig en geen last van datafragmentatie. Bij Dynamic Random Access Memory (DRAM) gaat de opgeslagen
informatie verloren zodra de spanning op de geheugenchip wegvalt, dit
in tegenstelling tot Flash chips waarbij de informatie wel bewaard blijft.
De dynamische chips zijn sneller dan de flash chips maar wel weer een
stuk duurder en vragen meer stroom. Een ander verschil is dat bij flash
chips de toegang serieel gebeurt waardoor altijd een extra flash controller
nodig is om de informatie parallel aan de processor aan te bieden.
Type flash memory
Er bestaan twee type flash memory: NAND en NOR. NOR flash wordt
hoofdzakelijk in de consumentenindustrie toegepast, NAND steeds vaker
als component in SSDs voor storage systemen in de enterprise omgeving.
Naarmate de prijzen van SSDs dalen, wordt het steeds interessanter NAND flash bestaat in een Single-Level Cell (SLC) en Multi-Levell Cell
om SSDs voor deze specifieke toepassingen in te zetten. De belang- (MLC) uitvoering. Van deze twee is SLC sneller en meer betrouwbaar en
rijkste vragen waar de gebruiker zich de komende jaren voor gesteld ziet heeft een hogere levensduur, MLC echter is weer goedkoper en biedt een
is: welk type SSD moet men kiezen, op welke plaats in de IT-architectuur grotere capaciteit. De prestatienadelen, in combinatie met de tienmaal

2. grotere foutfactor, maakt dat MLC minder geschikt is voor enterprise IOPS en SSDs
applicaties; de uitval percentages die door de chipindustrie worden
hanteert zijn 100,000 programmeer/wis of endurance cycles voor SLC Een vergelijking maken tussen de I/O prestaties van met name flash
en voor MLC is deze 10,000. SLC wordt op dit moment daarom het SSD kan misleidend zijn. Zo verschillen de schrijf- aanmerkelijk met de
meest toegepast bij SSDs voor enterprise storage. Maar de verhouding leesprestaties. Een vergelijking tussen leesprestaties tussen hard disks
tussen SLD en MLC zou de komende jaren wel eens kunnen veranderen en flash SSDs zijn vaak misleidend. Flash SSD hebben vaak betere
naarmate fabrikanten van SSDs er in zullen slagen om de controller- toegangstijden maar zijn in algemeen langzamer wat betreft de transfer
technologie en aanverwante storage management software te verbeteren. rate. Dat betekent dat de bij de evaluatie van SSDs de blockgrootte moet
Want, in tegenstelling tot DRAM, is bij de toepassing van flash chips in worden meegenomen. Bij de schrijfprestaties van flash SSD ligt de zaak
SSDs een geavanceerde controller nodig die rekening houdt met een ingewikkelder. Vanwege de interne structuur van de flash chip is het
aantal genoemde nadelen van flash chips. niet mogelijk om een enkele sector te veranderen. De wijziging moet
worden gecombineerd met een update en compleet wissen van een data
Wear-out flash chips block. Een andere ‘weak spot’ bij veel SSDs treedt op bij gemengde I/O
operaties. In veel ontwerpen is een ‘badkuip’ effect te zien. Benchmarks
Een van de zaken waar een flashcontroller rekening moet houden is laten een bij 50/50 verhouding zien een bodem in de prestatiecurve zien.
het schrijfproces van data naar de flash chip. Van te voren moeten Vergelijken we de prestaties van SSDs en HDDs dan is de verwachting
eerst alle bits in een flash block (128 tot 256KB groot) worden gewist. dat hard disk drives nog nauwelijk in IOPs zullen toenemen, die van
Dit vraagt op termijn zijn tol waardoor de geheugencellen degraderen SSDs zal de komende jaren uitgroeien tot enkele honderd duizenden
en uiteindelijk zullen uitvallen. Beide SLC en MCL flash chips maken IOPs of meer.
wel van geheu-
gencorrectie
algoritmen
gebruik om dit
tijdelijk op te
“SSD is interessant in
vangen maar
virtuele omgevingen op termijn zal
met gededupliceerde de geheugencel
images.” toch uitvallen.
Er zijn gelukkig
allerlei technieken
ontwikkeld die dit
degradatieproces
kunnen uitstellen. Een daarvan is de zogenaamde ‘wear leveling’ waarbij
de flash controller in een achtergrondproces het onderliggende fysieke
adres naar de minst beschreven flash geheugenchip of geheugenblok-
ken verplaatst. Doordat de controller zelf bijhoudt wanneer geheugen-
cellen gedegenereerd zijn, kan het op een proactieve manier voorkomen Keuze SSD technologie
dat chips in een keer uitvallen en er data verminkt wordt. Om de
wear-out gedeeltelijk op te vangen teneinde de levensduur te verlengen Bij de keuze voor een bepaalde SSD technologie is het belangrijk dat de
voegen sommige leveranciers van flash SSDs extra geheugencapaciteit gebruiker inzicht krijgt in ondermeer de levensduur van de toegepaste
toe, tot soms tot wel 20% extra geheugen. chips en de geleverde prestaties. Vaak worden dezelfde testen onder
De combinatie van wear leveling en error correction memory (ecc) dezelfde condities uitgevoerd met SSD als met hard disks. Met name
technieken hebben er voor gezorgd dat de algemene betrouwbaarheid flash-gebaseerde SSDs moeten onder bepaalde condities worden getest,
van flash SSDs de laatste jaren verbeterd is. die niet vergelijkbaar zijn met die van de DRAM SSD en hard disks.

3. Leveranciers specificeren vaak met de sustained en burst rates van hash-gebaseerd
SSDs, maar zonder de vermelding onder welke testparameters deze tot deduplicatie systeem.
stand zijn gekomen moet daar minder waarde aan worden gehecht. De Want, elk I/O naar het
beste test is natuurlijk om een SSD in de praktijk te testen om te zien of opslagsysteem vraagt “SSD dicht het steeds
de verwachte prestaties gehaald worden. een of meer maal
groter wordende gat
toegang tot de hash
Hybride SSDs tabel. Dat betekent
tussen processoren
dat elke milli- of en disken.”
Diverse leveranciers combineren een 3.5” hard disks met een 2.5” SSD microseconde toe-
in een bracket. De combinatie moet een prestatieboost opleveren van gevoegde latency de
maar liefst 70 tot 100%. Het systeem werkt vrij simpel, de HDD kopieert prestaties vermindert.
de meeste data naar de SSD. De laatste wordt gebruikt voor het snel Om de latency te
lezen, terwijl de HDD ondersteunt biedt bij het lezen. Beide kunnen ook verminderen kunnen SSDs bij deduplicatie systemen worden toegepast
samen worden gebruikt. Een andere toepassing is de combinatie van bij hashing, compressie en encryptie functies.
MLC en SLC flash geheugen. De filosofie daarachter is om de nadelen
van beide type NAND flash te complementeren met de voordelen. Het Toepassingsgebieden SSDs
heterogene ontwerp richt zich met name op de plaatsing van de data en
wearleveling techniek. Men claimt dat bij toevoeging van een 256 MB SSDs worden op verschillende manier in computersystemen en disk
SLC aan een 20GB MCL flash dat de gemiddelde doorvoer en energie- array’s toegepast. Ondermeer als zelfstandige SSDs, als PCIe kaarten, in
verbruik met respectievelijk 17% en 15% verbeterd. De hybride SSD is een standalone SSD disk array, als frond-end cache systeem, en binnen
slechts 2% duurder dan een puur MLC-flash gebaseerde SSD. een traditionele Fibre Channel disk array ter ondersteuning van een dy-
namische, multi-tier, storage architectuur. Traditioneel werden de DRAM
En weer andere toepassing is de combinatie van standaard DDR geheu- SSDs ingezet voor hotspots in relationele databases. Veel kritische ap-
gen met NAND flash op een PCI-E kaart. Een dergelijke hybride drive plicaties zijn tegenwoordig gebaseerd op relationele databases. Dit wordt
is in staat om 300,000+ IOPs te halen. De transfer rate is vanwege de is dan ook nieuw terrein voor de toepassing van (flash) SSDs. Daarnaast
PCI-E interface beperkt tot slechts enkele honderden MBs. is de virtuele omgeving interessant voor de toepassing van SSDs. Het is
gebleken dat de vele virtuele machines een behoorlijke aanslag zijn op
SSDs en deduplicatie de I/O capaciteit (en dus de storage array’s) van de server. De inzet van
SSDs kan hier helpen om bijvoorbeeld tijdkritische virtuele disks op een
SSDs kunnen ook worden toegepast bij inline deduplication. Latency, SSD te plaatsen. Daarnaast zijn er nog talrijke andere gebieden, waaron-
met name hash table latency, speelt een belangrijke factor in elk der deduplicatie, backup en disk caching waar SSD nuttig kan zijn.
PROACT is gespecialiseerd in het managen, beveiligen en opslaan van grote hoeveelheden bedrijfskritische informatie.
Als onafhankelijke integrator leveren wij consultancy, services, support en systemen voor storage, back-up en archivering.
De PROACT groep heeft ongeveer 320 gespecialiseerde medewerkers en is vertegenwoordigd in Nederland, Zweden, Denemarken, Finland, Noorwegen en de Baltische Staten.
PROACT is opgericht in 1994 en de moederorganisatie PROACT IT Group AB is sinds 1999 beursgenoteerd aan de Stockholm Stock Exchange onder de code PACT.
Meer informatie over PROACT is te vinden op onze website www.proact.nl
Proact Netherlands B.V.
+31 35 70 70 525 info@proact.nl www.proact.nl