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日立ストレージソリューション

Hitachi

by Hu Yoshida on July 30, 2013

スピンドルモータ、アクチュエータアーム、サーボメカニズム、および回転するコーティングされたディスクなどのハードウェアによって構成されているハードディスクドライブ(HDD)と異なり、ソリッドステートドライブ(SSD)は、ソフトウェアにより差別化されます。ビット密度と回転速度が決まると、HDDは購入するベンダーに関係なく、ほとんど同じ特性になります。唯一の違いは、製造およびパッケージングのコストでしょうが、それらは対象としている市場、コンシューマ向けなのか企業向けなのか、によって決定されます。1018の耐久性をもつHDDは、本質的に永年使用できるもので、使い続けたときのメンテナンスや設備のコストが最新の高密度低コストのドライブを購入するコストを上回るか、HDDを収容するストレージアレイが、技術や資産計上の観点からリフレッシュする必要がある場合のみ交換されています。

SSDは構造が大変異なっており、これらは可動部品がないので、もっと単純であると考えられるかもしれません。しかしながらSSDは性能、容量、耐久性を最適化するため、多くのソフトウェアとプロセッサ処理能力を必要とします。SSDの基本ハードウェアは、フラッシュチップを収容するデュアル・インターフェース・メモリ・モジュール(DIMM)です。残りはソフトウェア、ソフトウェアを実行するプロセッサ、およびバスが全てです。SSDは、ベンダーがどのくらいの能力と帯域幅を入れ込んだか、によって差別化されます。

フラッシュメモリは、ランダムアクセス方式で、バイト単位でリードまたはプログラムされますが、消去のときは、"ブロック"単位でしか処理することができません。ブロックを消去すると、すべてのビットを1にセットします。新たに消去されたブロックに対して、ブロック内の任意の位置をプログラムすることができます。いったんビットがゼロに設定されると、ブロック全体を消去することが、データをリセットするための唯一の方法となります。フラッシュの読み出しや書き込みは、ブロック内のページ単位で行われます。ページが更新された場合は、ブロック内の新しい場所か、または別のフォーマットされたブロックに書き込まれ、古いページには無効マークが付けられます。レコードを一回書き込めばよいHDDへの書き込みとは違って、SSDへの書き込みは有効なページを新しいブロックにコピーする必要性によって何回にも増幅され、一方古いブロックは無効なページを再利用するためにフォーマットされます。

ブロックの再フォーマットは、ハウスキーピングと呼ばれます。ハウスキーピング中の処理は、データへのアクセスを妨げる可能性があります。一部のSSDは、ハウスキーピングが発生したときに、書き込み性能が崖から落ちるように低下する、"ライトの崖"を経験します。

フラッシュは不揮発性(電力なしで電子ビットを保持することができる)であると考えられていますが、セルの不揮発性は書き込み/フォーマットを行うことで劣化します。電子はまた、長時間の間にリークしていき、ページを読むために電圧がかかると電子が押し出されます。これは、誤り訂正符号が劣化したページを読み取るために必要であることを意味します。あまり頻繁にページがリフレッシュされたり書き換えられたりしないようにするためには、長い誤り訂正コードが必要になります。しかし、長い誤り訂正符号は、多くのプロセッサ処理能力を必要とします。

マルチレベルセル(MLC)フラッシュの書き込み/フォーマット回数は約103で、HDDの1018に比べて、本当に小さな数値です。SSDの寿命を延ばすために、SSDは25%〜30%の予備のセルを有し、ウェアレベリング(磨耗平準化)処理を実行します。寿命を延ばすための別の方法は、データを書き込む回数を削減することです。これは、小さな書き込みをまとめてバッファリングし、誤り訂正符号を拡張してページリフレッシュの必要性を低減し、ゼロ圧縮を行い、そしてページの配置を最適化するために論理・物理マッピングを行います。

日立データシステムズは、ハウスキーピング、誤り訂正処理、圧縮、フォーマット、および物理・論理マッピングによる性能への影響を排除するために、十分なプロセッサ処理能力とマルチパスを持つ、フラッシュメモリのための専用のコントローラを設計しました。これはまた、現状1.6 TB、今年中には3.2 TBに達し、来年には6.4TBになる、大容量フラッシュモジュールの構築を可能にしました。

Strage Media Bit Cost Forecast

これらの改善は、私たちがHitachi Accelerated Flash(HAF)と呼ぶSSDに行われる必要がありましたが、全体的なメリットを実現するためには、さらなる改善が、フラッシュ技術のHAFモジュールを収容するストレージアレイコントローラに対して行なわれなければなりませんでした。30以上の基本的なソフトウェアの変更が、フラッシュ性能のターボチャージ的加速のために、当社のエンタープライズ・ストレージ・コントローラのマイクロコードに加えられました。これらには、新しい高速I/O処理、新しいキャッシュスロット割当方式、およびマイクロのオーバーヘッドおよび経路長を低減することなどがあります。これらの変更により、応答時間を65%削減し、最大4倍のランダムI/O性能による拡張性を実現できました。これらの改善はマイクロ秒の性能を持つフラッシュでは簡単に見ることができますが、HDD上のミリ秒の範囲の性能にはほとんど影響を与えることはありません。これらの性能向上に加えて、Dynamic Tieringのようなストレージコントローラのエンタープライズ機能はHDD技術と組み合わせて、HAFの費用効果を向上させるために使用することができます。これらの機能はストレージ・アレイ・コントローラのVSPとHUS VMが現在までにサポートしており、近い将来にHUSに拡張されます。

最近HAFとVSPの組み合わせにより、SPC-1™ベンチマークを完了し、その結果をウェブサイトで見ることができます。

15KのHDDを搭載したVSPと比較すると:

  • 優れた生産性:ビジネストランザクションのサステイン性能が最大233%まで向上した。(Hitachi VSP with all 15KRPM SAS hard disk drives (HDD)との比較)
  • 効率とアプリケーションパフォーマンスの向上: 最大 88%のアプリケーション応答時間の低減。(Hitachi VSP with all-HDDとの比較) より多くのユーザおよびアプリケーションをサポート可能にした。
  • 環境コストの低減:最大98%のドライブの占有面積の削減。(Hitachi VSP with all-HDDとの比較)
  • 価格の低減:最大65%のコストパフォーマンス低減。(Hitachi VSP with all-HDDとの比較)

これらの結果により、フラッシュがストレージシステムの性能を差別化することは明白です。あまり明白ではありませんが本当に重要なことは、SSDはHAFのようなデバイス内のソフトウェアとHitachi VSP やHUS VM内のソフトウェアにより差別化されるということです。

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