NVMe, SATA SSD in HDD: kdaj se nadgradnja pomnilnika izplača

50

0

Preberite 13 min.

Na papirju se izbira med HDD, SATA SSD in NVMe zdi preprosta: NVMe je hitrejši od SATA SSD, SATA SSD pa je precej hitrejši od rotacijskega trdega diska. Zato kupite najhitrejšega in je to to.

A najhitrejši pomnilnik ni vedno najboljša naložba. Za poslovno infrastrukturo ni pomembno vprašanje »kateri pogon zmaga v primerjalnem testu«, ampak »kateri pomnilnik dejansko povrne svoje stroške«. Hitrejši pogon se izplača le, če prinaša merljive koristi: zmanjša zakasnitve aplikacij, prihrani čas uporabnikom, obdela več transakcij, omogoča namestitev več virtualnih strojev na gostiteljski strežnik, skrajša nočne naloge ali vam omogoči, da se izognete nakupu dodatnega strežnika.

Zato imajo vse tri tehnologije še vedno svoje mesto v sodobni infrastrukturi. HDD vam ponuja poceni zmogljivost za varnostne kopije in arhive. SATA SSD je uravnotežena srednja pot za strežnike splošnega namena. NVMe se izplača, kadar je shranjevanje tisto, kar omejuje skalabilnost, odzivni čas ali količino podatkov, ki jih lahko stlačite na en stroj. Ta vodnik vas popelje skozi dejanske razlike, kje je vsaka od tehnologij finančno smiselna in kako ugotoviti, ali se bo nadgradnja dejansko izplačala.

HDD, SATA SSD in NVMe: kakšna je razlika?

Vsi trije shranjujejo in pridobivajo podatke; to počnejo na načine, ki vodijo do zelo različnih vrednosti zakasnitve, IOPS, zmogljivosti in stroškov.

HDD: zasnovan za zmogljivost

Trdi disk shranjuje podatke na vrtečih se magnetnih ploščah, mehanska glava pa se fizično premika, da poišče vsak posamezen podatek. Zaradi tega gibanja so trdi diski počasni pri naključnem dostopu, hkrati pa ohranjajo nizke stroške na terabajt, kar je tudi njihov glavni namen. HDD je še vedno smiselna izbira za varnostne kopije, arhive, velike medijske knjižnice, posnetke nadzornih kamer, kopije za obnovo po nesrečah in druge redko uporabljane podatke, ki zahtevajo veliko zmogljivosti. Pri velikih datotekah, ki se redko zapisujejo ali berejo, vam izjemno visoka vrednost IOPS skoraj nič ne prinese.

SATA SSD: uravnotežena možnost

SATA SSD uporablja NAND-flash namesto vrtečih se plošč, zato ni mehanskega gibanja, zakasnitev se močno zmanjša, naključni dostop pa je precej boljši. Vendar še vedno komunicira prek vmesnika SATA: SATA III ima hitrost povezave 6 Gb/s, kar pri mnogih SATA SSD-jih pomeni praktično sekvenčno prepustnost približno 500 do 550 MB/s. Za veliko strežniških opravil je to že več kot dovolj. SATA SSD je primeren za splošne strežnike, spletne aplikacije, platforme CMS, e-pošto, zagonske diske, zmerno velike baze podatkov in shranjevanje vsakodnevnih aplikacij ter ponuja praktično ravnovesje med ceno, zakasnitvijo in vsakodnevno zmogljivostjo.

NVMe: zasnovan za visoko I/O

NVMe je protokol za shranjevanje, zasnovan za SSD-je, povezane prek PCI Express namesto SATA. Zasnovan je bil za sodobne flash pomnilnike in omogoča veliko večjo vzporednost. Odvisno od diska in generacije PCIe lahko doseže več gigabajtov na sekundo pri zelo visokih IOPS. Zaradi tega je koristen za transakcijske baze podatkov, gost virtualizacijo, velike aplikacije, analitiko, CI/CD-pipeline, obdelavo podatkov za umetno inteligenco ter iskanje in indeksiranje. Zadržek: ta dodatna zmogljivost ima finančno vrednost le, če jo vaša aplikacija dejansko lahko izkoristi.

Preden se lotimo denarja, si oglejmo kratek povzetek:

Dejanska zmogljivost se znatno razlikuje glede na model diska, delovno obremenitev, generacijo vmesnika in konfiguracijo sistema.

Bolj praktično vprašanje je, kam se posamezna vrsta najbolje prilega:

Zakaj MB/s ne pove celotne zgodbe

V primerjavah sistemov za shranjevanje se radi navaja največja hitrost v MB/s, vendar je sekvenčna prepustnost le del celotne slike. Varnostna kopija, ki piše eno veliko neprekinjeno datoteko, se obnaša povsem drugače kot podatkovna baza, ki izvaja tisoče majhnih naključnih operacij. Tri številke so pomembnejše od navedene hitrosti: zakasnitev, kako hitro shranjevalno napravo odgovori na posamezno zahtevo; IOPS, koliko ločenih operacij branja in pisanja lahko opravi v sekundi; ter prepustnost, koliko podatkov prenese v določenem času. Za baze podatkov, virtualne stroje, ERP-sisteme in obremenjene spletne strani sta zakasnitev in naključni I/O pogosto pomembnejša od sekvenčne številke na embalaži. Prava izbira je odvisna od tega, kako vaša aplikacija dejansko dostopa do podatkov, ne pa od tega, kateri disk zmaga v primerjalnem testu.

HDD na SATA SSD: ponavadi najbolj očitna zmaga

Prehod s HDD na SATA SSD je ena najlažje utemeljivih nadgradenj, kadar aplikacija temelji na pogostem naključnem dostopu. Zamude pri iskanju in vrtenju vrtljivega diska izginejo, baze podatkov, platforme CMS, ERP-sistemi, virtualni stroji in poštni strežniki pa postanejo opazno odzivnejši.

Vpliv sega tudi preko meja IT-oddelka. Spodnje številke so zgolj ilustrativne; dejanske številke so odvisne od vaše delovne obremenitve, strojne opreme, stroškov dela in infrastrukture. Predstavljajte si notranjo aplikacijo, ki jo uporablja 20 ljudi. Če zamude pri shranjevanju vsakega od njih stanejo le pet minut na dan, to pomeni približno 100 izgubljenih minut dnevno, kar v približno 220 delovnih dneh znaša več kot 360 delovnih ur na leto. Pri 20 evrih na uro to pomeni več kot 7.300 evrov na leto teoretično izgubljene produktivnosti. To je groba teoretična ocena, ne pa neposredna mera poslovne izgube, saj se vsaka minuta čakanja ne pretvori neposredno v denar. Toda že delna izboljšava kaže, zakaj lahko majhno povečanje hitrosti prinese resnično finančno korist. Če pa procesor in pomnilnik še vedno delujeta brez težav, lahko zamenjava HDD-ja s SSD-jem podaljša življenjsko dobo strežnikov, ki jih že imate, in odloži popolno zamenjavo.

Prehod s SATA SSD na NVMe: težja odločitev

Prehod s SATA SSD na NVMe zahteva več premisleka. SATA SSD je že odpravil velik problem HDD-jev, tj. mehansko zakasnitev, zato za številne spletne strani, zmerne baze podatkov, poslovne aplikacije in poštne strežnike shranjevanje sploh ni več ozko grlo. NVMe bo običajno zmagal v primerjavah zmogljivosti, vendar boljši rezultat v primerjavi ne zagotavlja hitrejše aplikacije.

Če je prava omejitev procesor, premalo pomnilnika RAM, zamik v omrežju, sama koda aplikacije, konfiguracija baze podatkov ali počasen zunanji API, vam hitrejši pomnilnik prinese le malo koristi. Zato mora nadgradnja s SATA na NVMe temeljiti na dejanskih meritvah delovne obremenitve, ne na specifikacijah.

Kdaj se NVMe izplača?

NVMe postane finančno zanimiv, ko shranjevanje neposredno omejuje, koliko koristnega dela lahko strežnik opravi. Transakcijska baza podatkov obdeluje več sočasnih poizvedb, ko se zmanjša zakasnitev shranjevanja. Iskalni sistemi indeksirajo hitreje. Analitične naloge se zaključijo prej. Okolja CI/CD izvajajo več zgradb, pri delovnih obremenitvah umetne inteligence pa, kadar je vhodno-izhodni vmesnik pomnilnika na kritični poti, hitrejši pomnilnik skrajša čas nalaganja in predobdelave podatkov, tako da se dragi cikli CPU ali GPU porabijo za računanje namesto za čakanje.

Večja prednost ni surova hitrost, ampak zmogljivost obremenitve: koliko več dela lahko isti strežnik sprejme, preden potrebujete novo strojno opremo. Če NVMe omogoča, da ena naprava obdela več transakcij, gosti več obremenitev, obsluži več uporabnikov ali odloži nakup drugega strežnika, nadgradnja prinaša donosnost naložbe (ROI), ki jo lahko dejansko izmerite.

Virtualizacija in gostota VM

V virtualiziranih okoljih shranjevalnim sistemom pogosto zmanjka zmogljivosti prej kot procesorju ali pomnilniku. Desetine virtualnih strojev hkrati sprožajo neodvisna branja in zapise, gostitelj pa ima lahko še vedno prosta jedra in RAM, medtem ko preprosto ne morete dodati več virtualnih strojev, ker je zakasnitev shranjevanja postala nesprejemljiva.

NVMe lahko spremeni to razmerje. Te številke obravnavajte kot okvirne vrednosti za primer, ne kot tipične primerjalne vrednosti; dejanska gostota VM je odvisna od delovne obremenitve, konfiguracije VM, sistema za shranjevanje in hipervizorja. Recimo, da gostitelj zanesljivo poganja 25 aktivnih VM na SATA SSD, preden I/O postane ozko grlo, medtem ko NVMe omogoča, da isti strežnik poganja 40 primerljivih VM. To pomeni 60 % večjo uporabno gostoto. Izračunajmo:

Dražji pomnilnik pomeni nižje efektivne stroške platforme na VM. Natančne številke se spreminjajo glede na delovno obremenitev, vendar načelo velja: če pomnilnik ocenjujete zgolj na podlagi cene diska, spregledate njegov vpliv na skupne stroške vaše infrastrukture.

Konsolidacija strežnikov

Večja gostota na gostitelju lahko pomeni tudi manj fizičnih strežnikov na splošno. Če shranjevanje preprečuje strežniku, da v celoti izkoristi svoj procesor in pomnilnik RAM, lahko z izboljšanjem ravni shranjevanja delovne obremenitve konsolidirate na manj strojev. Če se izognete nakupu vsaj enega dodatnega strežnika, prihranite več kot le strošek samega strežnika: zmanjšajo se tudi stroški licenciranja programske opreme, prostora v omari, napajanja in hlajenja, omrežnih vrat, nadzora, infrastrukture za varnostno kopiranje, upravljanja in vzdrževanja strojne opreme. Tako lahko draga konfiguracija NVMe kljub vsemu prinese nižje skupne stroške lastništva, če prepreči ali odloži nakup dodatnih strežnikov.

Kdaj je HDD še vedno pametnejša naložba

Za delo, ki zahteva veliko zmogljivosti, je HDD pogosto še vedno najbolj ekonomična izbira. Repozitorij varnostnih kopij lahko hrani tedne ali mesece točk obnovitve, ki jih nihče ne uporablja. Nadzorni sistemi neprestano ustvarjajo velike sekvenčne datoteke. Arhivi lahko ostanejo nedotaknjeni več let. Shranjevanje teh podatkov na vrhunski NVMe pomeni plačevanje za zmogljivost, ki jo delovna obremenitev nikoli ne izkoristi.

HDD ostaja prava izbira, kadar je najpomembnejša zmogljivost na dolar, se do podatkov dostopa redko, so delovne obremenitve večinoma sekvenčne ali pa nizka zakasnitev preprosto nima nobenega poslovnega vpliva. Za hladno shranjevanje je večja zmogljivost običajno pomembnejša od večje hitrosti.

Kje je SATA SSD še vedno smiseln

SATA SSD ostaja resnično uporaben kompromis. Za spletne aplikacije, poštne strežnike, diskovne particije z operacijskim sistemom, splošne podatke aplikacij in zmerne baze podatkov zagotavlja dovolj nizko zakasnitev, ne da bi bilo treba plačati višjo ceno za NVMe. Če vaše spremljanje kaže, da so zakasnitev diska, globina čakalne vrste in izkoriščenost tudi v konicah v sprejemljivem obsegu, zamenjava SATA SSD-ja z NVMe verjetno ne bo prinesla ničesar merljivega, dodatni IOPS pa bodo le neizkoriščeni. SATA SSD je prava izbira, kadar aplikacija potrebuje odzivno shranjevanje, vendar ne ustvarja dovolj vhodno-izhodnih operacij, da bi upravičila hitrejšo stopnjo.

Skriti stroški počasnega pomnilnika

Stroški shranjevanja vključujejo tudi čas osebja in infrastrukturo, na katero vpliva njegova zmogljivost. Počasno shranjevanje tiho izčrpava denar v celotni organizaciji. Zaposleni, ki vsak dan nekaj minut čaka na poročilo, v enem letu izgubi ure. Razvijalec, ki čaka na zgradbo, pomeni počasnejšo izdajo. Stranka, ki čaka na strani za plačilo, lahko pomeni izgubljeno prodajo. Poizvedbe v bazi podatkov se vlečejo, analitične naloge trajajo dlje, virtualizacijski gostitelji nosijo manj virtualnih strojev. Vsaka od teh stvari se zdi nepomembna; v večjem obsegu pa se kopičijo. Pri sistemih, namenjenih strankam, lahko zakasnitev shranjevanja vpliva celo na konverzijo in prihodke, ko počasno iskanje, plačila, nadzorne plošče ali portali pokvarijo uporabniško izkušnjo. Tako lahko cenejša rešitev za shranjevanje na koncu izide dražja, saj omejuje produktivnost in zmogljivost vsega okoli sebe.

Kako izračunati donosnost naložbe

Namesto da shranjevanje ocenjujete na podlagi primerjalnih testov, izračunajte finančno vrednost, ki jo ustvari nadgradnja. Preprost model:

Mesečna korist = prihranki pri produktivnosti + prihranki pri stroških infrastrukture + dodatni dobiček zaradi povečanih prihodkov + prihranki pri poslovanju

Obdobje povračila naložbe = stroški nadgradnje ÷ mesečna korist

Trije hitri primeri kažejo, kako različno se lahko to izkaže.

Ti podatki so zgolj ilustrativni in jih je treba pred odločitvijo o nakupu nadomestiti z meritvami iz vašega lastnega okolja. Prvi dve možnosti se izplačata v nekaj mesecih. Tretja pa v 40 mesecih, zato če se strežnik zamenja prej, nadgradnja nikoli ne povrne stroškov, čeprav so bili rezultati primerjalnih testov odlični. Isti hitrejši pogon, povsem drugačen finančni izid, saj odloča delovna obremenitev, ne pa specifikacije.

Zakaj NVMe ne more rešiti vseh težav z zmogljivostjo

NVMe odpravlja ozko grlo pri shranjevanju. Ne odpravlja pa vseh ozkih grl. Podatkovna baza, ki je omejena s procesorjem, ostane omejena s procesorjem. Strežnik z nezadostnim RAM-om lahko veliko več pridobi z več pomnilnika. Aplikacija, omejena z omrežno povezavo, ne bo prenašala podatkov hitreje samo zato, ker disk zmore več GB/s. Veliko upočasnitev pa izhaja iz same aplikacije: neučinkovita poizvedovanja, manjkajoči indeksi, šibko predpomnjenje, pretirano beleženje, počasni zunanji API-ji.

Zato pred nadgradnjo preučite dejanske kazalnike: zakasnitev diska, IOPS, globino čakalne vrste, izkoriščenost pomnilnika, prepustnost, čakanje na vhodno-izhodne operacije, statistiko čakanja v podatkovni bazi, delež zadetkov v predpomnilniku, izkoriščenost procesorja, obremenitev pomnilnika in zmogljivost omrežja. Vztrajne čakalne vrste za vnos-iznos, visoka izkoriščenost prostora za shranjevanje, naraščajoča zakasnitev in veliko čakanja aplikacij na vnos-iznos so veliko boljši razlogi za prehod na NVMe, kot jih bo kdajkoli lahko ponudil kateri koli primerjalni test.

Hibridno shranjevanje: pogosto najbolj ekonomična rešitev

Večina organizacij ne potrebuje ene same tehnologije za vse. Običajno je najboljša večplastna konfiguracija: NVMe za baze podatkov, indekse, diske virtualnih strojev, predpomnilnike in vse, kar je občutljivo na zakasnitev; SATA SSD za podatke aplikacij in zmerno aktivno shranjevanje; HDD za varnostne kopije, arhive, velike količine podatkov in redko uporabljane podatke. Tako drago zmogljivost usmerite tja, kjer dejansko ustvarja vrednost, drugje pa ohranite poceni zmogljivost. Uporaba NVMe za vsak terabajt sicer maksimira zmogljivost, vendar redko maksimira donosnost naložbe (ROI).

Stroški na TB v primerjavi s stroški na uporabno delovno obremenitev

Shranjevanje se običajno primerja po stroških na TB. To je v redu za načrtovanje zmogljivosti, vendar je pogosto napačen kazalnik za produkcijo. Virtualizacijsko platformo je bolje meriti po stroških na VM. Podatkovno bazo je bolje meriti po stroških na transakcijo. Odvisno od tega, kaj izvajate, vam lahko stroški na uporabnika, na renderiranje, na analitično nalogo ali na zgradbo povedo več. Sistem NVMe lahko stane več na terabajt, a kljub temu stane manj na VM ali na transakcijo, saj omogoča, da isti strežnik opravi več koristnega dela. Pomembno vprašanje je, katera arhitektura shranjevanja zagotavlja najnižje stroške za delo, ki ga podjetje dejansko potrebuje za delovanje, ne pa kateri pogon je najcenejši.

HDD proti SATA SSD proti NVMe: praktični vodnik za odločanje

Izberite HDD, kadar je najpomembnejša zmogljivost na dolar, se do podatkov dostopa redko in so delovne obremenitve večinoma sekvenčne. Izberite SATA SSD, kadar je pomembna nizka zakasnitev, so delovne obremenitve zmerno intenzivne glede shranjevanja in ne potrebujete izjemne prepustnosti ali IOPS. Izberite NVMe, kadar so aplikacije občutljive na zakasnitve, delovne obremenitve transakcijske ali zelo vzporedne ali pa shranjevanje aktivno omejuje skalabilnost, gostoto VM ali zmogljivost. V mnogih okoljih je najboljša rešitev kombinacija vseh treh.

Seznam za preverjanje pri nadgradnji pomnilnika

Preden vlagate v hitrejši pomnilnik, se vprašajte:

1. Ali je shranjevanje dejansko ozko grlo?

2. Ali je delovna obremenitev večinoma naključna ali zaporedna?

3. Kakšno zakasnitev potrebuje aplikacija?

4. Kakšni so največji IOPS in globina čakalne vrste?

5. Ali lahko hitrejši pomnilnik poveča gostoto delovne obremenitve?

6. Bi lahko odložil nakup še enega strežnika?

7. Koliko stane trenutno ozko grlo na mesec?

8. Koliko stane nadgradnja?

9. Kakšno je pričakovano obdobje povračila naložbe?

10. Bi hibridno shranjevanje prineslo boljšo donosnost naložbe (ROI)?

Zaključek: nadgradite zaradi donosa naložbe (ROI), ne zaradi rezultatov primerjalnih testov

Tukaj ni univerzalnega zmagovalca. HDD je najbolj stroškovno učinkovita izbira, kadar je prednostna naloga zmogljivost. SATA SSD je trdna rešitev za splošno rabo. NVMe ponuja največ, kadar nizka zakasnitev, visoka vrednost IOPS in vzporedna zmogljivost neposredno vplivajo na produktivnost, skalabilnost ali prihodke.

Najpomembnejši korak je, da pred večjimi vlaganji v shranjevanje odkrijete pravo ozko grlo. Kadar hitrejše shranjevanje skrajša čas čakanja, poveča gostoto VM, pospeši transakcije, skrajša trajanje nalog ali odpravi potrebo po dodatnem strežniku, se lahko izplača že v nekaj mesecih. Kadar teh koristi ni, višji rezultat v primerjalnem testu pomeni le plačevanje za zmogljivost, ki je nihče ne uporablja. Najboljša arhitektura shranjevanja ni nujno najhitrejša. Je tista z najnižjimi skupnimi stroški na koristno delovno obremenitev.

INTROSERV ponuja shranjevanje na HDD, SATA SSD in NVMe, zato naš cilj ni, da vas usmerjamo k najhitrejši stopnji, ampak da shranjevanje prilagodimo delovni obremenitvi, ki jo dejansko izvajate. Če niste prepričani, kje je vaše ozko grlo, vam lahko naša ekipa pomaga ugotoviti, ali je shranjevanje omejevalni dejavnik, in izbrati konfiguracijo, ki ustreza vaši delovni obremenitvi.