Жёсткие диски в центрах обработки данных сегодня и в будущем

В последние годы производители твердотельных накопителей (SSD) не устают говорить об их высокой скорости работы и непревзойдённой надёжности по сравнению с жёсткими дисками. В результате SSD пришли на смену жёстким дискам во многих областях, особенно в потребительском сегменте. Однако центры обработки данных по-прежнему не могут обойтись без жёстких дисков.

Многие считают, что жёсткие диски уже проигрывают конкуренцию, но прежде чем сделать окончательный выбор, нужно внимательно изучить все факторы. Если сравнивать твердотельный накопитель с пропускной способностью 2500 ГБ/с и операционной производительностью 100 тыс. операций ввода-вывода в секунду и самый быстрый жёсткий диск с показателями 250 МБ/с и 300 операций ввода-вывода в секунду (IOPS). Кажется, преимущества налицо — но не торопитесь с выводами. В отношении центров обработки данных некорректно попросту сравнивать характеристики одного твердотельного накопителя с достоинствами одного жёсткого диска, как мы это делали бы при выборе ноутбука. В современных системах хранения используются сотни этих устройств, позволяя обрабатывать петабайты данных.

При закупке оборудования для крупномасштабных хранилищ большого объёма ключевым параметром является соотношение цена/гигабайт, и жёсткие диски выигрывают в этом плане. В последнее десятилетие корпоративные жёсткие диски и корпоративные твердотельные накопители имели огромную разницу по показателю цена/гигабайт. И даже несмотря на снижение стоимости SSD между этими устройствами по-прежнему остаётся почти 8-кратная разница в соотношении цена/гигабайт (при сравнении в одном и том же сценарии применения и уровне качества). В обозримом будущем ценовая динамика вряд ли изменится, а если стоимость этих устройств когда‑нибудь и сравняется, это произойдёт не ранее 2030-х годов. Дело в том, что хотя цены на твердотельные накопители определенной ёмкости снижаются, развитие технологии жёстких дисков по-прежнему обеспечивает превосходство с точки зрения выгоды. Ёмкости жёстких дисков продолжают расти, благодаря чему их соотношение цена/гигабайт остаётся самым оптимальным на рынке.

Даже если завтра соотношение цена/гигабайт для жёстких дисков внезапно сравняется с твердотельными накопителями, вам попросту не хватит мощностей флэш-памяти, чтобы заменить все жёсткие диски их твердотельными аналогами. Согласно отчёту аналитической фирмы Gartner, в 2019 году было продано жёстких дисков на общий объём 890 эксабайт, а твердотельных накопителей — на 153 эксабайта, что составляет лишь 16% от объёма жёстких дисков. Что интересно, за счёт 8-кратной разницы в соотношении цена/гигабайт, за общую стоимость всех этих жёстких дисков можно было купить гораздо меньше твердотельных накопителей.

Чтобы полностью заменить жёсткие диски твердотельными накопителями, понадобилось бы увеличить объём производства последних в шесть раз. При этом необходимо потратить сотни миллиардов долларов на запуск новых лабораторий, чтобы лишь удвоить производство, а для 6-кратного увеличения производства потребуются триллионы долларов. Более того, этих масштабов производства хватит лишь на создание ёмкостей, эквивалентных объёму реализации 2019 года. На производство тысяч эксабайт, которые потребуются нам в 2023 году и далее, понадобится гораздо больше.

Таким образом, не стоит рассчитывать только на флэш-память. Рост объёмов использования облачных услуг во время пандемии лишь увеличил спрос на жёсткие диски в центрах обработки данных. Это подтверждает недавний отчёт от Statista, согласно которому в ближайшие годы поставки корпоративных жёстких дисков больших объёмов будут только расти.

Как известно, один жёсткий диск более чем в десять раз медленнее, чем аналогичный твердотельный накопитель. Но когда речь идёт о системах хранения огромных масштабов, всё не так просто. С помощью продуманной архитектуры можно совместить множество жёстких дисков, чтобы с аналогичными затратами обеспечить тот же уровень производительности, что дают системы хранения из твердотельных накопителей. В Toshiba Lab мы проанализировали архитектуры, состоящие из 24–60 жёстких дисков как в RAID10, так и в программных конфигурациях. Мощность таких архитектур превысила 10 000 IOPS и 5 ГБ/с. Таким образом, если говорить о хранилищах большого объёма, решение с множеством жёстких дисков (с гораздо более низкой ценой за единицу) будет гораздо выгоднее, чем система с несколькими твердотельными накопителями (где каждый накопитель стоит гораздо больше).

Считается, что системы хранения на основе жёстких дисков потребляют больше электроэнергии, однако специалисты нередко переоценивают затраты, необходимые на питание развёрнутых систем с серьёзной рабочей нагрузкой. Зачастую хранилища потребляют меньше электроэнергии, чем можно предположить, особенно когда используются современные маломощные гелий-наполненные диски большой ёмкости. Другим аргументом производителей твердотельных накопителей является тот факт, что они надёжнее жёстких дисков, поскольку в них нет движущихся механизмов. Это тоже преувеличение: срок службы современных корпоративных жёстких дисков со средней наработкой до первого отказа до 2,5 млн часов мало чем отличается от твердотельных накопителей. Более того, в течение срока эксплуатации на жёсткие диски можно записывать данные неограниченное количество раз, в то время как в твердотельных накопителях этот ресурс ограничен. Учитывая постоянно растущие нагрузки в центрах обработки данных общего пользования, это можно назвать неоспоримым преимуществом.

Итак, исходя из текущих цен и прогнозов изменения стоимости в будущем можно сказать, что жёсткие диски по-прежнему являются самым выгодным способом хранить большие объёмы данных. Объёмы данных растут в геометрической прогрессии, а по прогнозам IDC к 2025 году человечество будет создавать более 175 зеттабайт в год. Это говорит о том, что жёсткие диски и дальше будут играть ключевую роль в информационном мире. Судя по соотношению цена/ёмкость твердотельных накопителей и низким темпам производства, SSD сами по себе едва ли смогут справиться с избытком данных. Технологии жёстких дисков подходят для этого гораздо лучше.