مقایسه پایداری SSD و HDD در عصر SSD QLC ( قسمت دوم )

در قسمت اول این مقاله به مفاهیم استهلاک و پایداری پرداختیم و عوامل موثر در میزان استهلاک را بررسی کردیم. در ادامه با ما همراه باشید .

HDDهای منطبق با رتبه‌بندی شاخص بار کاری

ظرفیت HDDها به طور همزمان (با بکارگیری فن‌آوری های متفاوت نسبت به SSDها) رشد کرده است. در زمان انتشار این مقاله، پیشگامان فروش HDD، محصولات 14 ترا بایتی، ۳.۵ اینچی را ارائه داده‌اند. با افزایش ظرفیت HDD‌ها، این حافظه‌ها عریض‌تر شده‌ و برخی نیز برای موارد خاص طراحی شده‌اند. برای این منظور در برخی از این انواع خاص HDD، شاخص“حد بارکاری” به عنوان یکی از مشخصات استاندارد آن‌ها لحاظ شده است.

شاخص حد بارکاری

رتبه بندی بر اساس شاخص حد بارکاری در HDDها بسیار متفاوت از رتبه بندی بر اساس شاخص پایداری SSDها یعنی DWPD است. هر دو دارای شاخص‌هایی جهت ضمانت هستند (شرایط ضمانت بین برندها، انواع مدل‌ها و فن آوری‌ها، متفاوت است)، اما در حالی که ضمانت طول عمر‌ SSD به طور معمول براساس میزان پایداری مبتنی بر مقدار داده‌های رایت شده است، در HDD ها به طور معمول ضمانت بر اساس حد بار کاری مبتنی بر میزان بایت‌های رایت شده و / یا خوانده شده، است. (دلایل رتبه بندی HDD ها بر اساس حد بار کاری، فراتر از محدوده این مقاله است.)

این بدان معنی است که انواع مختلف I/O، به طور متفاوتی موجب استهلاک و کاهش پایداری SSD و HDD می‌شوند. این موضوع در جدول 1 نشان داده شده است.

مقایسه پایداری SSD و HDD: شاخص حد بار کاری درHDD و شاخصTWB در SSD

در این بخش، پایداری تضمین شده دو نوع از درایوهای HDD اینترپرایز با قابلیت ذخیره‌سازی بالا را مقایسه می‌کنیم. هر نمونه یک HDD کلاس اینترپرایز 8 ترا بایتی است که یکی از آن‌ها برای ذخیره‌سازی با کاربرد عمومی و دیگری با هدف ذخیره‌سازی با حجم بالا (کلاس بایگانی فعال) طراحی شده است. این HDDها فقط نمونه هستند و ممکن است مقادیر دقیق حد بار کاری بر اساس مدل، ظرفیت، نسل یا بسیاری از عوامل دیگر ارایه شده توسط سازنده تغییر کند. برخی از نمونه‌ها  حد بار کاری مشخصی ندارند، بنابراین نتایج شما ممکن است متفاوت باشد.

شاخص حد  بار کاری HDD

برای آزمایش پایداری HDD، دو درایو 7200 RPM کلاس اینترپرایز را بررسی خواهیم کرد. توجه داشته باشید که انواع دیگر HDD ممکن است سطوح پایداری متفاوتی داشته باشند. جدول 2 مقادیر نسبی و مقادیر حد بار کاری را نشان می‌دهد. (میزان حد بار کاری معمولا برحسب TB / سال بیان می‌شود.) از آنجا که میزان حد بار کاری در HDD شامل رایت و خواندن داده است، می‌توان یک حد بار کاری را به صورتی مشابه برای پایداری SSD بر مبنای DRWPD ارایه کرد.

در جدول 2، مقدار DRWPD طی فرمولی ساده بر مبنای میزان بار کاری هر درایو محاسبه شده است. 

مثال 1  برای HDD: 8 ترا بایتی، 3.5 اینچی، 7200 دور در دقیقه

ذخیره ساز اینترپرایز با کاربرد عمومی

مقدار حد بار کاری: 550 ترا بایت در سال

مدت زمان گارانتی: 5 سال

ظرفیت درایو: 8 ترا بایت

مقدار خواندن یا رایت تضمین شده بر درایو در هر روز: (550 ترا بایت در سال / 365 روز در هر سال) / 8 ترا بایت ظرفیت = ۰.۱۹ ترا بایت

مثال 2 برای HDD: 8 ترا بایتی، 3.5 اینچی، 7200 دور در دقیقه

ذخیره ساز اینترپرایز فعال

مقدار حد بار کاری: 180 ترا بایت در سال

مدت زمان گارانتی: 3 سال

ظرفیت درایو: 8 ترا بایت

مقدار خواندن یا رایت تضمین شده بر درایو در هر روز: (180 ترا بایت در سال / 365 روز در هر سال) / 8 ترا بایت ظرفیت = ۰.۰۶ ترا بایت

به لحاظ تاریخی تعیین پایداری SSD و HDD بر حسب DRWPDشاخص کاربردی متداولی در صنعت IT نیست. اما در عصر کاربردSSD QLCها، احتمالاً تبدیل به شاخصی مهم برای مقایسه حافظه‌ها خواهد شد، زیرا رقابت SSDها و HDDها برای ذخیره سازی داده‌های اولیه به شدت رو به افزایش است. ما در اینجا از این شاخص در جهت مقایسه مستقیم با شاخص پایداری SSD یعنی DWPD استفاده می‌کنیم تا این مفهوم واضح‌تر شود.

در شکل 4 مقادیر حد بار کاری HDD  بر حسب DRWPD نشان داده شده است.

توجه داشته باشید که DWPD برای این درایوها ثابت است. این انتظار می‌رود که زمان پایداری نیز، مستقل از بار کاری، مقداری ثابت باشد. محور x چندین I/O مختلف یا الگوهای رایت داده را نشان می‌دهد. شکل 4 مشخص می‌سازد که چند درصد از مجموع ترافیک I/O رایت (و  همچنین میزان انتقال) داده به طور تصادفی و چه میزان به صورت متوالی است. فرض بر این است که HDD می‌تواند I/O کافی برای تحقق این مقادیر DRWPD را تولید کند. این ممکن است در مورد تمام HDDها صادق نباشد.

مقایسه شاخص پایداری SSD DWPD و HDD DRWPD

پیش از این در این مقاله اشاره شده است که NAND به هنگام رایت داده و نه خواندن آن، از عمرش کاسته می‌شود. این بدان معنی است که SSDهای مبتنی بر NAND نیز صرفا هنگام رایت داده، استهلاک دارند. (توجه داشته باشید که اختلالات بوجود آمده حین خواندن داده درSSD ها، مقدار کمی از استهلاک را به وجود می‌آورد، اما ناچیز است.) SSDها هنگامی که I/Oها کوچک هستند و به صورت تصادفی قرار می‌گیرند، بیشتر دچار کاهش عمر می‌شوند. برعکس این حالت نیز صادق است. یعنی پایداری SSDها هنگامی کهI/Oها بزرگ و به طور پیوسته جایگذاری می‌شوند، بیشتر بوده و دچار استهلاک کمتری می‌شوند.

قبل از معرفی فن‌آوریQLC NAND، پایداری SSD ها با مقادیر ثابت DWPD بیان می‌شد. این بدان معنی است که پایداری SSD بر حسب شاخص DWPD متناسب با میزان بار کاری تغییر نمی‌یافت. SSD DWPD معمولا در حجم رایت 100 درصد، دارای مقادیر کوچک (4 k) است.

تفاوت بین استهلاک و پایداری SSDدر الگوهای رایت مختلف و شاخص SSD DWPD باید درک شود: پیش از معرفی QLC NANDدر حالی‌که الگوهای رایت متفاوت باعث استهلاک بیشتری می‌شدند، پایداریSSD‌ها باDWPD مطلوب تغییری نداشتند.

هنگامی که فن‌آوری QLC برای اولین بار به بازار SSD اینترپرایز فرستاده شد ( Micron   5210 ION اولین محصول از نوع SSD بود)، شاخص استهلاک QLC NAND و بار کاری، مفهوم پیدا کرد. به تدریج روش جدیدی برای بیان پایداری SSD مبتنی بر QLC به وجود آمد و اطلاعات ارایه شده در خصوص Micron 5210 ION SSD، انتظاراتی را در خصوص پایداری SSD بر حسب یک بار کاری مشخص ایجاد نمود.

این بدان معنی است که DWPD در Micron 5210 ION SSD بر اساس نوع رایت I/O متفاوت است – I/O کوچک و تصادفی به معنی DWPD کمتر است– به همین ترتیب I/O  ‌های متوالی و بزرگ به معنی افزایش DWPD است.

شکل 5 نشان دهنده DWPD یک 7.68TB Micron 5200 ECO SSD (DWPD آن مقدار ثابت در نظر گرفته شد) و یک ) 7.68TB Micron 5210 ION SSD که DWPD آن با  بر اساس بار کاری متفاوت است)،  می‌باشد. هر دو بر روی HDD DRWPD که پیش از این در شکل 4 بررسی شد، قرار گرفتند.

توجه داشته باشید که شکل 5 از DxPD برای نمایش DWPD و DRWPD استفاده می‌کند. هنگامی که DxPD به HDD اشاره می‌کند، به معنای DRWPD است و هنگام ارجاع به SSD، به معنی DWPD است.

شکل 5-مقایسه SSD DWPD اینترپرایز Micron با HDD DRWP بر حسب الگوی رایت

شکل 5 تنها درایوهای اینترپرایز SATA (SSD و HDD) را برای اطمینان از یک قیاس منصفانه، مقایسه می‌کند. روند رو به بالای 5210 ION SSD DWPD نشان می‌دهد که با تغییر الگوی رایت داده‌ها ازI/O تصادفی کوچک (در سمت چپ) به I/O متوالی بزرگتر(در سمت راست)DWPD به مقدار 5210 افزایش می‌یابد.

داده‌های حاصل از 5200 ECO و HDD DWPD این روند را دنبال نمی‌کنند. هر دو مستقل از نوع I/O، چه کوچک و تصادفی و چه بزرگ و ترتیبی، به صورت DxPD مشابه (به شکل یک خط ثابت افقی) ظاهر می‌شوند.

شکل 5 همچنین نشان می‌دهد:

• سطح پایداری SSD مدل 5210 و HDD کلاس بایگانی، به شرط تصادفی و کوچک بودن ترافیک رایت (4K)، DXPD مشابه دارند. هنگامی که اندازهI/O به 8 کیلو بایت می‌رسد، 5210 دارای DxPD بالاتری است (این روند برای تمام الگوهای نوشتن اضافی ادامه می‌یابد.)
• HDD کلاس اینترپرایز و5210، وقتی نود درصد ترافیک رایت 128K تکراری است، دارای DxPD مشابهی هستند؛ 5210 دارای DxPD بالاتر برای صد درصد نوشتن 128K متوالی است.
• 5200 ECO DxPD از هر دو HDD برای هر الگوی نشان داده شده رایت، فراتر می‌رود.

استفاده از DxPD برای کمک به یافتن درایو مناسب – SSDیا HDD

سه جنبه کلیدی از این اطلاعات وجود دارد که به هم تراز کردن بار کاری اینترپرایز در تجهیزات ذخیره ساز کمک می‌کند.

DWPD به منظور درک مفهوم پایداری SSD و HDD در عصر SSDهای QLC ضروری است

DWPD و DRWPD  شاخص‌هایی هستند که نشان می‌دهند بر اساس ظرفیت قابل استفاده درایو چه میزان از ظرفیت درایو در یک روز، قابلیت رایت (SSD) یا خواندن / رایت (HDD) را دارند. بنابراین انتخاب حافظه، تنها بر اساس مقادیر DWPD می‌تواند گمراه کننده باشد. برای درک بهتر پایداری، DxPD باید بر حسب میزان گیگابایت رایت داده (یا خواندن / رایت برای HDD ها) در یک روز بیان شود. گیگا بایت تابعی از DWPD است: اگر یک 7.68TB SDD دارای میزان 0.5 DWPD باشد، این بدان معنی است که پنجاه درصد از درایو را می‌توان در یک روز (3.84 TB) رایت کرد.

این امر به ویژه در هنگام ارزیابی یک SSD QLC، کاربرد دارد. آن هم وقتی که تکنولوژیQLC، 33 درصد بیت بیشتر در هر سلول بکار می‌برد و SSDهای QLC معمولا در ظرفیت‌های بالاتر (که به طور ذاتی دارای مقادیر DWPD پایین‌تر هستند) در دسترس هستند.

به عنوان مثال پایداری SSD از نوعTLC 960 گیگابایتی با مقدار DWPD یک، DWPD مشابهی با یک SSD QLC 92/1 ترا بایتی با مقدار DWPD5/0 برای یک بار کاری دارد. در حالی که مشخصات پایداری DLPD QLC SSD پایین‌تر به نظر می‌رسد، مقدار رایت داده در یک روز مشابه است.

نیازهای DWPD برای بسیاری از بار‌های کاری، پایین است

در برنامه‌های کاربردی خواندن اطلاعات بیشتر از رایت صورت می‌گیرد. بسیاری از شرکت‌های تحلیل‌گر، نرخ رشد بسیار بالایی برای گستره بار کاری اینترپرایز محتویات متمرکز بر خواندن نشان داده‌اند. هوش مصنوعی (AI)، یادگیری ماشین (ML)، تجزیه و تحلیل داده‌های بزرگ، Block storage / Block Ceph، برخی از بارهای کاری NoSQL (کش کردن پروفایل، آخرین خوانش و غیره) و یادگیری عمیق و هوش کسب و کار از جمله این محتویات هستند.

این برنامه‌های کاربردی متمرکز بر خواندن می‌توانند بسیار برای SSDها مناسب باشند (که هنگام نوشتن استهلاک کمتری دارند). با این حال، اگر شما درایوها را بر اساس مقادیر پایداری تضمین شده جایگزین می‌کنید، با توجه به اینکه HDDها در زمان خواندن و رایت دچار استهلاک می‌شوند، ممکن است بخواهید هنگام استفاده از HDDها برای این برنامه‌های کاربردی حق انتخاب داشته باشید. البته برخی از HDDها دارای شاخص حد بار کاری نیستند، اما بسیاری از HDDهای اینترپرایز با ظرفیت بالا دارای این شاخص هستند، بنابراین باید در انتخاب HDD دقیق باشید.

درک  مفهوم پایداری

بسیاری از بارهای کاری با تمرکز بر خواندن، هنوز I/O را به عنوان بخشی از الگوی خواندن/ رایت خود، محسوب می‌کنند، حتی اگر آنها به عنوان خوانده شده طبقه بندی شده باشند (به عنوان مثال، استفاده از داده‌ها به HDFS برای تجزیه و تحلیل پس از آن). SSD ها می توانند این نیازها را برطرف کنند و در برخی موارد از این نیازها نیز فراتر روند، حتی اگر SSD ها به عنوان درایوهای متمرکز بر خواندن لحاظ شده باشند. متمرکز بر خواندن، بدان معنی است که نسبت بیشتر بار کاری مورد نظر شامل خواندن داده‌ها است نه رایت داده‌ها.

بسیاری از برنامه‌های کاربردی متمرکز بر خواندن هنوز به جای SSD ها بر روی HDDها قرار می گیرند و این ممکن است به دلیل دغدغه اولیه درباره میزان پایداری باشد. همانطور که مشاهده کردید، پایداریSSDهای 5200 ECO و 5210 ION بیشتر از HDDهای کلاس بایگانی و کلاس اینترپرایز در کاربردهای معمولی هستند(بسته به مشخصات بار کاری بر پروفایل I/O).

کلام آخر

SSD ها و HDDها (با رتبه بندی حد بار کاری) به طور متفاوتی دچار استهلاک می‌شوند. این امر برای SSDها هنگام رایت اتفاق می‌افتد و سطح پایداری در برابر استهلاک آن‌ها با شاخص DWPD بیان می‌شود. اما HDDها متفاوت هستند. HDDها با میزان بار کاری مشخص هنگام خواندن و رایت دچار استهلاک می‌شوند. در این مقاله سطح پایداری در برابر استهلاک بر حسب میزان داده خوانده شده یا نوشته شده در روز، بیان شد(DRWPD).

ظرفیت این دو نوع حافظه نیز متفاوت است. بیان DWPD و DRWPD بر حسب گیگا بایت در روز (GB / day) کمک می‌کند تا اثرات ظرفیت در مقایسه این حافظه‌ها عادی شده و مقایسه آن‌ها بر حسب میزان استهلاک را آسان کند. پیش از این اشاره شد در صنعت فناوری اطلاعات  انتخاب HDD یا SSD به چندین عامل بستگی دارد که ممکن است در بین سازمان‌ها متفاوت باشد. شرکت شما می‌تواند زمان، هزینه خرید، TCO یا عامل دیگر را برای این منظور در اولویت قرار دهد.

درک مفهوم بار کاری با استفاده از ابزارهای تجزیه و تحلیل در بسیاری از سیستم عامل‌ها نیز می‌تواند کمک کند. این ابزار می‌تواند به شما نشان دهد که چه I / O هایی به ذخیره ساز ارسال می‌شوند و درک عمیق‌تری از اینکه چگونه برنامه‌های شما از ذخیره ساز استفاده می‌کنند و این که آیا برنامه بیشتر متمرکز بر رایت است یا خواندن.

اگر تصمیم به جایگزینی درایو بر اساس شاخص پایداری SSD یا HDD را دارید، این مقاله نشان داد که برای بسیاری از فعالیت‌ها، مقادیر SSD DWPD برابر یا بالاتر از DRWPD برخی از HDDهای اینترپرایز متمرکز بر ظرفیت است. این ویژگی SSDها را برای استفاده در بار کاری اینترپرایز سنتی مبتنی بر خواندن داده، مناسب می‌سازد.