浅析数据中心存储发展趋势

发布时间:2022-10-20 15:59:06 作者:存储随笔阅读:0

[导读]:1、数据的起源与归宿大数据的时代,数据的增长是爆发式的。根据IDC的预测,2025年的数据将达到175ZB。这将是一个非常庞大的数据量。这个数据量到底有多大呢?举个可以感知到的栗子,如果把这些数据全部...

1、数据的起源与归宿

大数据的时代,数据的增长是爆发式的。根据IDC的预测,2025年的数据将达到175ZB。这将是一个非常庞大的数据量。这个数据量到底有多大呢?举个可以感知到的栗子,如果把这些数据全部存在DVD光盘上,那么这些DVD堆起来的高度将可以绕地球222圈。如果当前的网速水平,全部下载下来也许要18亿年。

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产生的这些巨量数据,存储的归宿在哪里呢?随着发展趋势,个人本地存储的需求越来越小,公有云的数据存储量将会有迅速的攀升。

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存储数据的介质,也更加多元化。包括磁带、光盘、非易失性存储、固态硬盘SSD,机械硬盘等。其中,在2025年,数据存储市场,HDD机械硬盘依然占据50%左右的份额。同时,磁带和固态硬盘的存储需求也在逐步的攀升。

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数据的分层存储需求,将会更加的明显,核心就是让数据找到更适合自己的归宿。加速计算、压缩、SCM、内存、SSD、HDD、磁带等将会是多元化的竞争与合作。

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2、ZNS SSD降低写放大

ZNS SSD基于SMR HDD zone的理念而来,主要提升SSD寿命和特定场景的性能优化

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对于传统的SSD来说,本身满足多种需求就是一件很不容易的事情。因为基于NAND介质的SSD,在读写过程中,还需要涉及到复杂的FTL算法管理、Wear-Leveling磨损均衡、Garbage Collection垃圾回收、Bad Block Management坏块管理、Media介质异常处理等等,同时还要与数十个NAND die进行并发通道读写请求。而这一切,对于host而言,SSD就是一个黑匣子,完全无法控制也无法清晰了解SSD内部FW在做什么。

古猫先生,公众号:存储随笔炙手可热的ZNS SSD将会为数据中心带来什么?

3、CXL主张内存扩展,有望协助替代3DXpoint

CXL目前是很热的技术标准,内存扩展,同时有望基于CXL和NAND的组合实现类似NVDIMM-N功能,来取代3D-Xpoint被停止迭代的遗憾。

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CXL诞生的基础是为了解决CPU内存和附加设备内存的互联,实现资源共享,得到最大的性能提升。

4、SDS软件定义存储成为最受IT关注的技术

SDS软件定义存储凭借消除对硬件的依赖的优势,得到了传统IT转型过程中最受关注的技术。

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SDS,Software Defined Storage ,即软件定义存储技术。软件定义存储(SDS)是一种能将存储软件与硬件分隔开的存储架构。不同于传统的网络附加存储(NAS)或存储区域网络(SAN)系统,SDS 一般都在行业标准系统或 x86 系统上执行,从而消除了软件对于专有硬件的依赖性。

5、创新加持NAND成本持续下降

随着3D NAND的层叠数不断的攀升以及QLC/PLC低成本的NAND介质出现,数据存储的方案也就更加的多元化。

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QLC的出现并不是为了取代SLC/MLC/TLC这些前辈,实力也不允许完成替代。QLC更是对TLC SSD的补充,让SSD市场更加的丰富多彩

自2014年3D NAND问世,就一直聚焦着全世界的目光。经过多年的沉淀,3D NAND行业可谓是"百家"峥嵘。说"百家"是有点夸张了,说白了,3D NAND行业也就是指三星、东芝、西部数据、美光、SK海力士等这些Flash原厂巨头,因为他们基本完全把控着3D NAND的命脉。中国公司此前在此领域毫无话语权,甚至连收购、合作外资公司都没可能,想获得突破还得靠国产公司自立。值得欣慰的是,长江存储科技在武汉投资国家存储芯片基地,已经迎头赶上,迈进第一阵营。

6、X-NAND创新架构弥补QLC性能劣势

在应对QLC性能下降带来的影响,通常的做法是给QLC配备SLC Cache,来掩盖QLC性能大幅下降的事实。在正常的workload下,QLC配备的SLC Cache足以保证QLC的性能不会很差,基本维持在SLC的读写性能。但是,在超大压力顺序写场景下,SLC Cache的数据还没来得及搬到QLC时,已经被打满了,这个时候性能就会出现断崖式下降,只有SLC性能的12%。

为了解决这个问题,一家成立于2012年的美国Neo半导体公司,在2018年研发了X-NAND架构,提升TLC/QLC的性能。

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X-NAND的确有很大的潜力,特别在QLC NAND容量上升后的性能不断下降情况下,如果X-NAND架构可以弥补QLC的性能劣势,肯定加速QLC的普及。X-NAND架构目前所有的数据均是在提升读写性能,针对对性能场景需求较大的消费级市场,可能有一席之地。

7、HDD技术的不断创新保持竞争力

在面对SSD的持续压力,HDD也在不断的创新保持竞争力,SMR、HAMR、MAMR、OptiNAND、NVME HDD等技术展现了不同的竞争优势。

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随着QLC/PLC的加持,未来很快就会出现机械硬盘和固态硬盘价格的重合点,那么机械硬盘一直赖以生存的最大优势:价格因素将不复存在。到底SSD和机械硬盘HDD的竞争将更加的白热化。固态硬盘的步步紧逼,机械硬盘厂商也不会坐以待毙等着被SSD取代。HDD的厂商也在不断的创新,增加HDD的竞争优势。

8、LTO磁带助力可持续性发展和归档存储

磁带存储的出货量每年的复合增长率19%,2026年将超过160EB。

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磁带最大的优势就是成本,在2030年,磁带将比HDD的成本下降71%。

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磁带的可靠性UBER也是在光盘/HDD/SSD/磁带中最高的。

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在2025年,机械硬盘包括SMR新型机械盘存储介质的占比仍然有50%。我们本文重点需要关注的是Tape磁带,如上图棕色框,每年的出货量也在不断增长。从20世纪30年代开始算的话,磁带技术也算是一位期颐百岁老人了,磁带技术虽然古老,但凭借独特的魅力依然挑起了世界数据存储的重担。

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LTO Ultrium技术在众多参与的者的推进下,目前已经发展到第九代Gen9,单个磁带盒非压缩容量可以支持18TB,压缩数据容量支持最大45TB,每个小时可以Navtive读写速率在400MB/s,压缩数据传输速率在1000MB/s,也就是每个小时可以读写3.6TB的数据。速率传输相对LTO6已经提升2倍多。

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随着 LTFS 的引入,LTO 磁带在系统中显示为一个设备,允许用户将文件拖放到磁带和从磁带拖放文件。简而言之,它允许LTO驱动器接口像普通硬盘驱动器一样工作。这消除了对任何特殊软件的需求,并使用户保存和复制文件更加直观。它还具有使LTO驱动器与所有主要操作系统兼容的额外优势。

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在2025预计每年需要存储也将达到10-20 ZB的数据量,而这些数据最终都将存放在HDD磁盘或者磁带系统中。在可持续发展绿色低碳的理念下,未来几年甚至十几年,将会有更多的存储数据从磁盘HDD转移到LTO磁带中,以获得更低的碳排放。

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