2015-07-08
當前的全閃存儲陣列產品已不再一味以高I/O性能爲訴求，開始講求擴展性、數據服務更多樣化的應用，朝向高性能通用存儲設備發展。
以往，完全以Flash閃存儲器組成的全閃存儲陣列（All Flash Array），只有一個單純任務——提供最高I/O性能的存儲空間。因此全閃存儲陣列供應商們的競爭焦點，也放在性能上，競相以提供更高的IOPS性能爲目標，對其他方面的需求着墨不多。
由於定位於“高I/O應用專用”，加上高昂的成本，早期的全閃存儲陣列既無須講求擴展性、支持的存取接口十分單一，數據服務功能大多也很貧乏。但現今的情況已經有了改變。觀察過去1-2年來的全閃存儲陣列產品發展，可以發現發生了顯著變化。
隨着NAND Flash存儲器成本的持續降低，讓更多用戶能夠接受Flash存儲設備的價格，全閃存儲陣列的應用範圍也隨着逐步擴大，在不同的應用情境下，I/O性能已不是唯一的目標，還需兼顧其他方面的需求，如彈性的擴展和升級能力，多樣化的接口支持等等。
另一方面，憑藉着高性能，全閃存儲陣列逐漸替代傳統高端磁盤陣列的角色，承擔企業關鍵應用服務的存取需求。但全閃存儲陣列若要走出過往“高I/O應用專用”的狹窄定位，真正擔負起高端存儲系統的角色，就不能只單純地提供高I/O性能，還需提供充分的擴展能力、符合高端應用需求的高可用性、必要的數據保護與災難備援機制，以及各式各樣數據服務功能。
開始講求高容量應用，存儲密度迭創新高
過去全閃存儲陣列只被用在需要高I/O性能的少數應用上，只需提供幾TB容量就已綽綽有餘，事實上，由於早期的Flash存儲器成本十分高昂，更高容量所帶來的高成本，也難以爲用戶接受。
不過隨着半導體制程技術的持續突破，與Flash存儲器產能的擴大，Flash存儲器的單位成本已有了大幅度的降低，不僅讓更多的用戶與更多型態的應用，也用得起全閃存儲陣列這樣的產品，還出現了訴求大容量應用的產品，結合更高存儲密度的Flash元件，連帶也讓全閃存儲陣列的容量密度迭創新高。
在4-5年前，當時的全閃存儲陣列，大多隻提供單一機箱最大5TB、甚至更低的容量，現在的全閃存儲陣列主流產品的容量，已經提高到單一機箱40～70TB等級，透過串接多組機箱，還能在一個機櫃中組成100TB甚至500TB等級的容量。
以市場上幾個領導品牌的產品爲例，EMC XtremIO的一個X-Brick單元最大容量達40TB，可結合8個X-Brick單元將容量提高到320TB；Pure Storage的FA-400系列搭配擴充櫃，可提供最大70TB原生容量，新的FlashArray//m系列提供的原生容量，進一步增加到136TB；IBM FlashSystem 900最大容量爲57TB，搭配SVC控制器組成的FlashSystem V9000最大容量達456TB；NetApp最新推出的EF560可在2U機箱內提供38.4TB容量，搭配擴充櫃可組成最大192TB容量的系統。
另外，市面上還出現了一些特別講求高容量密度的機型，可以在3U不到的機箱內，提供高達500TB容量，容量密度甚至還超過磁盤類型存儲陣列。
在2014年以前，全閃存儲陣列的存儲密度王者應該是Skyera（已併入WD旗下）在2012年8月發表的SkyHawk，1U高度機箱可提供44TB容量，比同時期的其他全閃陣列的存儲密度高了5倍以上，即使是3年後的現在，也少有全閃陣列產品能有這樣高的存儲密度。
後來Skyera在2014年10月發表的新款SkyHawk，又將存儲密度提高到1U/136TB的層次，是當前主流全閃陣列的5倍以上。但Skyera新款SkyHawk的容量密度紀錄維持了不到半年，便爲SanDisk的產品打破——SanDisk在今年3月發表的InfiniFlash，可在3U高度內提供512TB容量，平均每1U空間的容量達到170TB，1組機箱的容量就抵得上其他產品一整個機櫃的容量。
更大容量、或更高存儲密度的全閃存儲陣列，意義不僅止於可支持更大規模的應用，更重要的是，結合實時重複數據刪除與壓縮技術，可用存儲容量進一步提高數倍，從而將全閃存儲陣列的單位容量成本，降到和傳統磁盤陣列相當、甚至更低的程度。
採用更具成本效益的Flash存儲器
早從3-4年前起，全閃存儲陣列供應商便陸續捨棄了成本高昂的SLC Flash顆粒，開始在產品上採用便宜許多的MLC Flash芯片，到了現在，幾乎已經沒有使用SLC Flash的全閃存儲陣列。
在MLC幾乎一統全閃存儲陣列存儲元件的現在，爲了區隔產品，有些廠商（如EMC XtremIO）會強調他們使用的是企業級的eMLC，擁有比一般MLC更佳的資料完整性與耐久性。
不過近來有越來越多全閃存儲陣列供應商使用了消費級的cMLC Flash顆粒（如Pure Storage、SolidFire與HP等），認爲應透過存儲系統層級的存取機制，來解決Flash模塊的性能與可靠性問題，而非透過選用等級更高、但成本也更高的Flash顆粒來改善Flash模塊可靠性。例如由存儲陣列系統、而非Flash模塊來執行garbage collection，或是採用可改善寫入操作的日誌結構等，不僅可以迴避cMLC性能與可靠性較差的問題，還能藉此降低存儲介質成本。
依循這樣的思路，一些全閃存儲陣列供應商（如Violin）瞄準了存儲密度更高、採用3D堆棧技術的新一代Flash芯片，如3D TLC、3D QLC等，這些形式的Flash芯片存儲密度更高、單位容量成本也更低，雖然耐久性要比MLC更低了一個層次，但只要存儲陣列存取機制有相對應的考量，TLC與QLC也足堪企業存儲使用。
更加重視擴展能力
以往由於Flash存儲器成本高昂，小規模的全閃存儲陣列成本就已相當驚人，用戶負擔不起太大規模的全閃存儲陣列應用，連帶着全閃存儲陣列也幾乎不需要考慮擴展性，單一機箱就能滿足用戶需求。所以一些問世較早（2010年以前）的全閃存儲陣列產品（如TMS與Violin），基本上都欠缺擴展能力，性能與容量都侷限在一個機箱內，既不提供外接，更沒有連接更多控制器的Scale-Out的擴展性。若原有存儲陣列的容量不敷使用、或性能不足，便須更換使用容量更大、性能更高的存儲陣列款式。
不過隨着全閃陣列應用範圍的擴大，擴展性已經成爲這類產品的一項基本需求，才能更有效地應付不同應用情境的需求，當前主流全閃存儲陣列大多提供了一定程度的擴展性，可提供從數TB到上百TB的容量組態，以及從數十萬IOPS到上百萬IOPS的性能構型。
就連一些本身不提供擴展能力的全閃存儲陣列，廠商也推出了搭配獨立存儲控制器的組合方案，讓這些存儲陣列擁有必要的擴展能力（如IBM FlashSystem V系列、Violin Memory早先的Concerto 7000與目前的7700系列）。
如同傳統磁盤陣列，全閃存儲陣列的擴展性分爲Scale-Up與Scale-Out兩種類型，較常見的是Scale-Up型式的擴展能力，也就是爲原有系統的控制器串接額外的存儲櫃來增加容量，或是以新控制器替換掉原有控制器來提高性能，如NetApp的EF系列、Pure Storage FlashArray家族等。
一些產品採用了Scale-Out的組態（如EMC XtremIO、Solidfire SF系列等），每組機箱都是含有控制器與Flash模塊的完整單元，透過多組機箱組成集羣，便能同步地擴展存儲容量與I/O性能。
另一些產品則提供了Scale-Up+Scale-Out的雙重擴充能力，更靈活地滿足不同型式的擴展需求——當用戶只單純需要更大存儲空間時，可選擇外接存儲櫃獲得更多的存儲空間；當用戶需要更高的I/O性能時，則可增加更多控制器節點，組成更大規模的存儲陣列集羣，藉此獲得更高的I/O性能。Cisco UCS Invicta（前Whiptail的產品）、HP 3PAR Storeserv 7450與Kaminario的K2系列等產品，都具備了這種Scale-Up+Scale-Out雙重擴充能力。
軟件服務功能漸趨完善
依循擴大應用範圍的發展路線，全閃存儲陣列若要跨出“高I/O專用”的狹窄應用範圍、承擔更通用性的存取任務，提供完整的高可用性，並支持各式各樣軟件功能與數據服務，將是必備的要求。
高可用性是企業級存儲設備必不可少的特性，硬件機構與系統設計必須儘可能避免單點故障導致服務中斷：
至於企業級存儲設備必備的軟件功能，則大致可分爲這幾類：
(1)數據保護類型的數據服務，如快照、Clone、遠端複製與加密等。
(2)支持特定應用平臺的存取機制，如微軟VSS、VMware VAAI等。
(3)數據縮減技術：重複數據刪除與實時壓縮。
對全閃存儲陣列來說，數據縮減功能尤爲重要，透過重複數據刪除與壓縮，可讓容量有限的Flash存儲器，發揮比賬面容量規格高出數倍的空間效益，形同具有降低單位容量成本的效果。
由於應用面向較窄，早期的全閃存儲陣列產品在軟件功能上大多乏善可陳，甚至完全不考慮提供數據服務功能。然而這幾年來的情況已經大爲不同，全新開發的新款全閃存儲陣列產品，都以提供完整數據服務爲訴求；至於從傳統磁盤陣列產品衍生而成的全閃存儲陣列，亦有可直接沿用傳統磁盤陣列軟件功能的先天優勢，就連過去不重視數據服務的一些專屬硬件規格全閃存儲陣列，也大幅強化了軟件功能。
如IBM將FlashSystem與SVC控制器組合爲FlashSystem V系列，以便透過SVC來提供必要的數據服務，Violin Memory亦在不久前發表的新款7000系列產品上，移植了原先必須透過外接控制器才能取得的數據服務功能。
從“高I/O專用系統”轉型爲“高性能通用存儲系統”
隨着存儲容量與存儲密度的持續提高、擴展性的改善，以及數據服務的逐步完善，當前的全閃存儲陣列逐步脫離過往“高I/O環境專用”角色，開始承擔更多樣化的應用。如有SSD取代高轉速硬盤的趨勢，可以預期，當Flash存儲器成本降低到與傳統磁盤同一層級——差距不再是以十倍、數十倍計算，而只有數倍以內差距時，全閃存儲陣列便有望全面取代現有的高端磁盤陣列產品，讓企業存儲應用進入新時代。
圖片來源：iThome
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全閃存儲陣列可分爲3種類型：
(1)專屬硬件式：從機箱、控制器、Flash存儲器存儲模塊到系統軟件都採用專屬規格設計。IBM的FlashSystem、Violin Memory、與Skyera的產品屬於這個類型。
(2)傳統磁盤陣列SSD衍生版：傳統磁盤陣列產品改用SSD作爲存儲媒體的衍生款式，沿用了傳統磁盤陣列的機箱與控制器設計，除以SSD取代硬盤外，還一定程度調整了系統軟件以配合SSD的特性。典型產品有HP 3PAR StoreServ 7450、NetApp的EF系列、HDS HUS VM All Flash、Dell的SC4020 AFA都屬於這種類型。
(3)通用硬件式：使用市售標準規格的服務器硬件元件，搭配專屬存儲系統而成。
無論哪一種類型的產品，都能達到提供低延遲、高IOPS存取性能的目的，單就官方公佈的I/O性能規格來看，專屬硬件式產品的延遲似乎略有優勢，至於IOPS性能則三種類型產品都能達到數十萬到上百萬IOPS的水平。軟件功能則是以傳統磁盤陣列SSD衍生版最爲豐富，通用硬件式產品的軟件功能亦逐漸完整。
整體而言，三種產品類型各具特性，沒有一定的好壞，不過經過幾年發展下來，我們發現通用硬件類型產品在全閃存儲陣列市場上已居於絕對優勢地位。
依據Gartner今年5月發表的2014年全球全閃存儲陣列營收調查，營收額度超過5,000萬美元、銷售額居於前8名的廠商中，有4家的產品屬於通用硬件類型（EMC、Pure Storage、SolidFire與Kaminario），合計的營收額佔總份額的57.7%；2家廠商屬於專屬硬件類型（IBM與Violin Memory），合計佔20.7%份額；另2家屬於傳統磁盤陣列衍生型（NetApp與HP），合計佔14.9%。
也就是說，通用硬件類型產品已經居於佔有近6成全閃存儲陣列市場的絕對優勢，而且優勢還在擴大中。面向解讀這結果：
⑴通用硬件型產品陣營，有身爲存儲界龍頭、擅長銷售高端產品的EMC，有助於拉高整個類型的營收額。
不過從另一方面來看，渠道、銷售與服務能力，固然是高端存儲設備營收的關鍵要素，因此業界大廠具有先天優勢。不過這個理由不能解釋幾家新創廠商的成功，尤其是Pure Storage，身爲新創廠商的Pure Storage，卻取得了僅次於EMC的成績，勝過許多一線大廠。類似的，同屬新創廠商的SolidFire與Kaminario，成績也勝過沒有進入Garther排行榜的幾家大廠（如Cisco與Dell）。
因此，必須加上這幾個因素，才能完整解讀當前的市場生態。
⑵除了性能以外，這幾家新創廠商產品的可靠性與服務，也都受到用戶的肯定。
⑶用戶被通用硬件類型產品供應商的訴求所說服。通用硬件型全閃存儲陣列是一種「軟件決勝」的產品，硬件元件都是取自市售標準規格的服務器元件，控制器就是一般的x86服務器，Flash存儲是標準規格的SAS或SATA SSD，存儲櫃也是一般的JBOD外接存儲櫃，沒有特殊之處，完全依靠系統軟件來實現各式各樣的存取服務。
所以這類供應商也是優先重視軟件與存取機制的設計，憑藉專門針對Flash存取設計的軟件架構，搭配通用規格的硬件，便能實現全閃存儲陣列的性能與可靠性，還可藉由採用通用硬件而得到降低成本、利於迅速更新的優勢。
儘管其他類型的供應商，對於通用硬件式全閃陣列的架構設計不以爲然，但從銷售結果來看，用戶顯然已經接受了這種做法。至於這種通用硬件式佔優的局面，是長期趨勢，或是一時的潮流，還有待觀察。
來源：iThome