شهدت الأشهر الـ 12 الماضية تخزين فلاش إلى المناطق التي كانت غائبة عنها حتى الآن. على وجه الخصوص، كان هذا بسبب توفر ذاكرة أكثر كثافة – وبالتالي أرخص لكل جيجابايت – خلية رباعية المستوى (QLC) تخزين الفلاش في أسواق المصفوفات وحالات الاستخدام التي كانت تعتبر في السابق قريبة.
إلى جانب ذلك، شهدنا انخفاض سعر الفلاش لكل جيجابايت نحو مستوى القرص الدوار محركات الأقراص الثابتة (HDD). وفي الوقت نفسه، أحرص من تخزين فلاش توقع المناصرون زوال القرص الصلب والانتصار الوشيك لمركز البيانات الذي يعمل بالفلاش.
في هذه المقالة، نحدد وحدة تخزين الفلاش الخاصة بالمؤسسات، وننظر في QLC الخاصة بها و خلية ثلاثية المستوى (TLC) المتغيرات، فوائد الذاكرة غير المتطايرة السريعة (NVMe) flash، وافحص إيجابيات وسلبيات الفلاش مقابل محرك الأقراص الثابتة من حيث التكلفة والأداء والفلاش في السحابة واحتمال (أو غير ذلك) لمركز بيانات فلاش بالكامل.
ما هو تخزين فلاش المؤسسة؟
تخزين فلاش المؤسسة يشير إلى الأنظمة التي تشتمل على محركات أقراص فلاش متعددة موجودة في منتجات عامل الشكل المصفوفة المثبتة على حامل مركز البيانات.
في مصفوفات تخزين الفلاش الخاصة بالمؤسسات، يتم تجميع سعة العديد من محركات الأقراص، مع التحكم في الوصول إلى وسائط التخزين بواسطة أجهزة التحكم.
وحدة التحكم عبارة عن حساب يزود الذكاء اللازم للتعامل معه الإدخال / الإخراج (الإدخال/الإخراج) من المضيفين إلى التخزين، واتخاذ القرار بشأن تخصيص البيانات للوسائط، ولكن أيضًا في صفائف الفلاش لتنفيذ مهام الصيانة مثل ارتداء التسوية, جمع القمامة، وما إلى ذلك وهلم جرا.
تعمل سعات مجموعة تخزين الفلاش الخاصة بالمؤسسات من عشرات تيرابايت (تيرابايت) كثير جدا بيتابايت (PB). كما هو الحال مع المصفوفات المعتمدة على الأقراص الصلبة، يمكن الوصول إلى مساحة التخزين حاجز (على سبيل المثال، لحالات استخدام قاعدة البيانات المتعطشة للأداء)، ملف (للاستخدام العام والبيانات غير المنظمة) أو هدف (للبيانات غير المنظمة أيضًا).
ما هو تخزين فلاش QLC؟
QLC هو أحدث جيل من وسائط تخزين الفلاش. QLC تعني خلية رباعية المستوى وهذا يعني أن كل خلية في شريحة الفلاش يمكنها تخزين أربع بتات من البيانات باستخدام 16 حالة.
وهذا يعني أنه يمكنه تخزين المزيد من البيانات في نفس المساحة مقارنة بفلاش TLC، وهو متاح أيضًا على نطاق واسع. في السابق كانت متاحة على نطاق واسع كانت الخلايا أحادية المستوى (SLC) والخلايا متعددة المستويات (MLC، وتعني حالتين)، ولكن تم استبدالها إلى حد كبير الآن.
في بداية عام 2024، تم تصميم معظم مصفوفات التخزين الخاصة بالمؤسسات باستخدام محركات أقراص TLC للأغراض العامة وحالات الاستخدام الحرجة للمهام. لكن QLC قد تطورت إلى الاتجاه السائد واكتسبت قوة جذب أعباء عمل البيانات غير المنظمة، لا سيما مع قيام صانعي مصفوفات التخزين الرئيسية بالمؤسسات بإضافة منتجات تعتمد على QLC في العام الماضي أو نحو ذلك.
مع قيام الشركات المصنعة بزيادة عدد الحالات المحتملة لكل خلية، تزداد كثافة التخزين وتنخفض تكلفة التخزين لكل جيجابايت. ولكن، مع زيادة كثافة التخزين من حيث سعة الخلية، يمكن أن تنشأ مشكلات يمكن أن تحد من قدرة تحمل وسائط الفلاش.
ما هو فلاش NVMe؟
الذاكرة غير المتطايرة السريعة (NVMe) هو بروتوكول تم تطويره خصيصًا للاستخدام مع وحدة تخزين الفلاش. قبل NVMe، استخدمت محركات الأقراص المحمولة بروتوكولات النقل التي نشأت خلال عصر الأقراص الصلبة، وهي مرفق التكنولوجيا المتقدمة التسلسلية (SATA) و SCSI التسلسلي المرفق (SAS). في الواقع، هذه لا تزال قيد الاستخدام ويتم بيع المصفوفات التي تستخدم محركات الأقراص ذات هذا الاتصال (عامل الشكل 2.5 بوصة و3.5 بوصة) بواسطة الشركات الكبيرة موردي التخزين.
لكن NVMe في الطليعة الآن فيما يتعلق بأداء محركات الأقراص المحمولة. كان الابتكار الرئيسي لـ NVMe هو تحسين قوائم الانتظار والمخازن المؤقتة للاستخدام مع الفلاش، مما أدى إلى تحسين الأداء عدة مرات.
وكمتابعة، قام الموردون بعد ذلك بتطوير طرق للسماح باتصال NVMe عبر الاتصالات البعيدة ماديًا عبر مركز البيانات. هذه NVMe-فوق الأقمشة تتضمن التقنيات القدرة على حمل NVMe عبر Ethernet وInfiniband وTCP وRDMA (أي الاتصال من ذاكرة إلى ذاكرة) والمزيد.
ما هو القرص الصلب؟
محركات الأقراص الثابتة (HDD) التي تعتمد على رؤوس القراءة/الكتابة المغناطيسية والأقراص الدوارة ميكانيكيًا كانت موجودة منذ عقود، مع ظهور فلاش منافس في السنوات العشر الماضية أو نحو ذلك.
كما هو الحال مع الفلاش، يمكن تجميع محركات الأقراص الثابتة في منتجات مصفوفة مثبتة على حامل مركز البيانات وسعة محركات أقراص متعددة مجمعة لمستخدمي المؤسسات. في الواقع، سبقت المصفوفات المعتمدة على محركات الأقراص الثابتة مصفوفات الفلاش الخاصة بالمؤسسات بفترة طويلة وما زالت تستخدم على نطاق واسع.
ما الفرق في الأداء بين الفلاش والقرص الصلب؟
عندما ننظر فلاش مقابل القرص، الشيء الرئيسي الذي يبرز هو أن الفلاش سريع – أسرع عدة مرات من محرك الأقراص الثابتة الذي يدور على القرص.
توفر محركات الأقراص المحمولة زمن وصول أقل، مع أوقات وصول تصل إلى ميلي ثانية منخفضة، أو حتى ميكروثانية، مقارنة بالميلي ثانية المتعددة للقرص الدوار، خاصة للقراءات. وهذا يعني أن فلاش المؤسسات يمكنه أيضًا تقديم المزيد عمليات الإدخال/الإخراج في الثانية (IOPS) عندما يتم تجميعها في مجموعة تخزين.
من حيث الإنتاجية، عروض فلاش جيجابت في الثانية (Gbps) معدلات أربع أو خمس مرات أسرع من الأقراص الصلبة.
لقد كانت هذه السرعة بمثابة عامل الجذب الرئيسي لوحدة تخزين الفلاش الخاصة بالمؤسسات وهي نتيجة لنقص الأجزاء المتحركة. مع الأطباق الدوارة، تكون محركات الأقراص الثابتة مقيدة بالفيزياء بطرق لا تكون كذلك في تخزين الحالة الصلبة.
من حيث السعات، يتوفر محرك الأقراص الصلبة بوحدات تصل إلى حوالي 22 تيرابايت. وعلى الرغم من أنه تم تسويق بعض محركات الأقراص المحمولة التي يصل حجمها إلى أكثر من 60 تيرابايت، إلا أنها تأتي عمومًا بأحجام أصغر، ولكن جزءًا من ذلك يرجع إلى التكلفة.
ما هو فرق التكلفة بين الفلاش والقرص الصلب؟
فيما يتعلق بتكلفة كل جيجابايت على مستوى محرك الأقراص، فإن تكلفة الفلاش أكبر من تكلفة القرص الدوار. لكن الفجوة تضيق.
في حين ظلت أسعار محركات الأقراص الثابتة لكل جيجابايت من السعة ثابتة إلى حد كبير، فقد انخفضت تكاليف محركات الأقراص المحمولة.
في نهاية عام 2023، كان هذا الفارق، في المتوسط، بضعة سنتات، مما يجعل الفلاش أكثر تكلفة بنسبة 25% إلى 50% لكل جيجابايت من القرص الدوار.
في أكتوبر 2023، بلغ متوسط تكلفة الفلاش 0.075 دولارًا أمريكيًا/جيجابايت بينما بلغ متوسط تكلفة محركات الأقراص الثابتة 0.05 دولارًا أمريكيًا/جيجابايت لمحركات SAS و0.035 دولارًا أمريكيًا/جيجابايت لمحركات أقراص SATA.
ومع ذلك، يرى بعض الموردين (الموجهين للفلاش) أنه لا يمكننا الحكم على تكاليف التخزين على مستوى محرك الأقراص وحده.
هل سيقتل الفلاش القرص الصلب؟ كم من الوقت لمحرك الأقراص الصلبة؟
بخاصة، لقد أعلن Pure Storage سوف تتوقف محركات الأقراص الصلبة عن العمل بحلول عام 2028، حيث ستكون منتجات الفلاش الخاصة بها العامل الرئيسي في عملية الإعدام، وكل هذا بسبب قدرتها على تجميع قدر أكبر بكثير من سعة الفلاش على وحداتها الخاصة مقارنة بما يحدث في محركات الأقراص المحمولة السلعية.
مع أحجام وحدات الفلاش التي تصل إلى 300 تيرابايت بحلول عام 2026 التي وعدت بها شركة Pure، تؤكد أن القرص الدوار سيكون غير قابل للتطبيق تجاريًا.
وفي الوقت نفسه، تشير شركات مثل باناساس، المتخصصة في تخزين البيانات غير المنظمة، إلى الاستخدام الهائل لمراكز البيانات فائقة الحجم للقرص الدوار بنسب تصل إلى 90/10 مقابل الفلاش. يقول باناساس أنه لا يزال هناك فرق بمقدار خمسة أضعاف بين الفلاش الأقل تكلفة ومحرك الأقراص الثابتة، وأنه بالنسبة لمعظم الناس، فإن شيئًا مثل حل المقياس الفائق هو الأمثل.
متى يمكنك استخدام الفلاش والأقراص الصلبة في السحابة؟
يمكن لمستخدمي المؤسسات أيضًا التحديد تخزين الفلاش والقرص الدوار في السحابة. من المرجح في معظم الحالات أن يتم تحديد التخزين السحابي وفقًا لمعايير الأداء والتكلفة، وفي هذه الحالة قد لا يعرف العميل أبدًا ما هي الوسائط التي يقوم عليها.
ولكن من الممكن أيضًا تحديد وحدة تخزين فلاش في السحابة، ولدى أكبر ثلاث شركات كبيرة الحجم – Amazon Web Services (AWS)، وMicrosoft Azure، وGoogle Cloud Platform (GCP) – خيارات تخزين الحالة الصلبة التي تجمع بين التكلفة والسعة والأداء.
توفر جميع أجهزة Hyperscalers وحدة تخزين فلاش لدعم الحوسبة بمستويات الخدمة بناءً على السعة وعمليات IOPS لكل وحدة تخزين تتراوح من الأغراض العامة إلى المستويات المتميزة التي تستهدف أعباء عمل محددة (مثل SQL وOracle وSAP Hana) والبيئات (مثل Windows وLuster) ، ماك).
هناك أيضًا خيارات تستهدف الفلاش لتخزين الملفات وتخزين الفلاش من الموردين المحددين، مثل ملفات NetApp الخاصة بـ Azure.
ما هو مركز البيانات الشامل؟
لنحو عقد من الزمان، ظهرت فكرة مركز البيانات الشامل تمت مناقشتها. يحل مركز بيانات الفلاش بالكامل محل محرك الأقراص الثابتة والوسائط الأخرى مثل الشريط مع وحدة تخزين فلاش.
الدافع وراء ذلك هو الانخفاض المستمر في تكلفة تخزين الفلاش – كما هو الحال مع فلاش QLC – ولكن أيضًا مزايا الفلاش من حيث الوصول السريع. يصبح الأخير أكثر أهمية حيث يرغب العملاء في إجراء التحليلات على مجموعات فرعية أكبر من بياناتهم.
لذلك، على سبيل المثال، حيث كان من الممكن سابقًا الاحتفاظ بالنسخ الاحتياطية على الوسائط القريبة مثل محركات الأقراص الثابتة الأبطأ، يشير المدافعون عن الفلاش في حالات الاستخدام هذه إلى القدرة على تشغيل الذكاء الاصطناعي (AI) على مجموعات بيانات كبيرة للعملاء والحصول على قيمة منها.
أيضًا، مع النسخ الاحتياطية كمثال، فإن فكرة القدرة على التعافي بسرعة من وسائط الفلاش في حالة وقوع هجوم ببرامج الفدية هي حالة استخدام أخرى تروج لها معززات مراكز بيانات الفلاش بالكامل.
متى سيصل مركز البيانات الفلاشي بالكامل؟
في حين أن الموردين المتحمسين للتخزين الفلاشي مثل Pure يتحدثون عن العقبات التي تعترض مركز البيانات الذي يعتمد على الفلاش بالكامل، يشير المحللون إلى انتشار (خاصة QLC) في أعباء العمل الثانوية ولكن ليس بالضرورة في جميع حالات الاستخدام، مع احتمال أن يحتفظ القرص الدوار بفائدته بعض الوقت لبعض مجموعات البيانات.
وفي الوقت نفسه، يقول موردو محركات الأقراص الصلبة مثل Toshiba إن حوالي 85% من جميع البيانات لا تزال موجودة على القرص الدوار. وتقول هذه الحقيقة إنه من غير المرجح أن تتغير بسرعة، لأسباب ليس أقلها عدم وجود قدرة فلاش لتحل محلها.
