SAS или SSD: что выбрать для сервера?

Технологии систем хранения быстро развиваются, и у ИТ-специалистов часто возникают вопросы, какой интерфейс СХД выбрать для серверов дата-центра предприятия?

В выдаче наиболее частых запросов поисковиков можно увидеть запросы типа «что лучше для сервера: SAS или SSD». Формулировка запроса грешит смещением понятий, что называют «сравнивать кислое с зелёным». В самом деле, SAS – это тип интерфейса, а SSD – технология хранения данных.

Попробуем в этом разобраться.

Что такое SAS и SSD

SAS – это протокол обмена данными с системой хранения компьютера или сервера через последовательный порт физического интерфейса SCSI (Small Computer Serial Interface, SAS: Serial-Attached SCSI), производительность которого превосходит обычный SCSI. SAS позволяет подключать несколько устройств по довольно длинному кабелю с «горячим» подключением.

SSD – одна из физических технологий носителей для хранения данных с электрическим стиранием и записью данных, к которым, кроме серверных систем хранения, относятся т.н. флэш-накопители («флэшки»). Данные в SSD записываются в ячейки памяти на микросхемах постоянных запоминающих устройств (ПЗУ) на базе полевых транзисторов. Такая память, кроме того, используется, например, в SD-картах, а также в нестираемой памяти мобильных устройств: смартфонов, планшетов, фотоаппаратов и пр.

Такие устройства бывают корпоративного класса, которые выдерживают большое количества циклов перезаписи и могут использоваться в серверах предприятий. Они также могут быть и потребительского класса («флэшки», SSD-накопители для ноутбуков и планшетов и пр.), которые не рассчитаны интенсивный обмен данными. Использование таких устройств в корпоративных серверах может привести к тому, что их ресурс количества циклов записи может быть выбран за несколько дней и система хранения данных перестанет выполнять возложенные на ней задачи.

Именно здесь часто и возникает путаница. Ведь интерфейс SAS может присутствовать и в твердотельных накопителях для серверов, и в жестких дисках. Такие устройства внешне могут выглядеть одинаково и иметь одинаковые форматы, SFF либо SFF, лишь внутренности у них разные.

Таким образом, могут быть как SAS SSD, так и SAS HDD. Что же тогда с чем сравнивать, отвечая на поисковый запрос?

Сравним SAS HDD (в запросе – SAS) и SAS SSD (в запросе – SSD). Кроме того, для полноты сравнения, посмотрим ещё и интерфейс SATА (который также может присутствовать как в HDD, так и SSD).

HDD имеет внутри жёсткие магнитные диски (hard disk), на которые можно записать и долго хранить большие объёмы информации, до нескольких терабайт. Количество циклов перезаписи у HDD практически не ограничено, поэтому для применения в серверах они подходят очень хорошо. После длительного использования, скорость считывания и записи данных может замедлиться за счёт фрагментации файлов, так как в этом случае головка записи-считывания такого диска должна часто менять свое положение при поиске нужного фрагмента записи. Поэтому требуется периодическая «дефрагментация» файлов на диске.

Накопители SSD выполнены на кремниевых микросхемах постоянной памяти, у которых нет движущихся частей, а также нет и длительной задержки, которая присутствует в жестких дисках, когда головка записи считывания перемещается к нужному месту на вращающееся диске. Накопители SSD хорошо обеспечивают целостность данных и имеют такие встроенные функции, как исправление ошибок для повышения надёжности хранения данных. Фрагментация файлов в SSD на скорость считывания практически не влияет.

Диски SAS (Serial Attached SCSI) Drives

SAS обеспечивает подключение по схеме «точка-точка», если требуется высокая производительность сервера или рабочей станции. SAS использует полнодуплексную передачу данных, т.е. возможна одновременная передача и приём данных.

SAS-диски используются, если требуется высокая производительность и высокие рабочие нагрузки.

Технические характеристики SAS:

• Скорость вращения дисков: от 7200 до 15000 оборотов в минуту.
• Надёжность, наработка на отказ MTBF (Mean time before failure): 1,2 – 1,6 миллионов часов при рабочей температуре 45^оС.
• Емкость хранения данных: около 600 ГБ – 1 ТБ.
• Скорость передачи данных: 15 Гб/с.

Основные достоинства SAS-дисков:

• Минимизация частоты отказов за счёт снижения числа точек физического подключения.
• Высокая производительность за счёт высокой скорости вращения дисков.
• Экономия электроэнергии в дата центрах за счёт небольших габаритов дисков.
• Высокая масштабируемость до 100 дисков.

В целом, можно сделать вывод, что диски SAS более предпочтительны в сценариях, где скорость работы более важна, чем ёмкость.

Накопители SSD (Solid State Drives)

Этот тип твердотельных накопителей (это не диски, т.к. в SSD нет движущихся частей) отличается высокой производительностью. Отсутствие элементов вращения и точной механики приводит к уменьшению рисков отказа и повышению энергоэффективности.

Пропускная способность SSD примерно на два порядка превосходит традиционные диски HDD. SSD-накопители хорошо подходят для таких применений, как базы данных или банковские транзакции.

Технические характеристики SSD:

• Скорость считывания-записи: до 600-700 МБ/с.
• Надёжность, наработка на отказ MTBF (Mean time before failure) до 1,5 млн часов.
• Емкость хранения: от 120 ГБ до 30 ТБ.
• Скорость передачи данных: от 200 до 550 МБ/с.

Основные достоинства накопителей SSD

• Устойчивость к ударам и другим механическим воздействиям.
• Непревзойдённая скорость работы, быстрее SSD работает только оперативная память.
• Низкое потребление электроэнергии.
• Низкие операционные расходы.

Диски и накопители с интерфейсом SATA (Serial Advanced Technology Attachment)

SATA использует параллельный интерфейс для подключения к таким устройствам, как жёсткие диски или оптические приводы. Отличительные особенности SATA – ёмкость и энергоэффективность. Это обуславливает его применение в таких областях, как совместное использование файлов (file sharing), веб-страниц, а также резервирование и архивирование.

SATA применимы в серверах низкого класса, к которым не предъявляются высокие требования по производительности и рабочей нагрузке.

Технические характеристики SATA

• Скорость вращения дисков: от 5400 до 7200 об/мин
• Надежность MTBF: от 700 тыс. до 1,2 млн часов при рабочей температуре 45^оС.
• Ёмкость хранения: более 2 ТБ и более
• Скорость передачи данных: до 6 Гб/с

Преимущества SATA

• Недорогие в закупке и обслуживании, за что пользуется большой популярностью.
• Высокая ёмкость хранения.
• Энергоэффективность.
• Высокая скорость передачи данных.
• Поддержка многих типов накопителей.

Рис. 1. Различия в разъёмах на стороне накопителя между SAS и SATA

Рис. 2 Внешние разъёмы SATA (слева) и SAS (справа)

Основные параметры SAS, SSD и SATA

Таблица 1. Сравнение параметров SAS, SATA и SSD.

SAS SSD против SATA- и NVMe SSD

Теперь сравним «кислое с кислым» и разберёмся с интерфейсами внутри класса серверных твердотельных накопителей SSD.

За последнее время на рынке появилось много моделей SSD с интерфейсами SATA и NVMe серверного класса. NVMe – это NVM Express (NVMe, NVMHCI — от англ. Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification) — протокол доступа к твердотельным накопителям, подключённым по шине PCI Express. NVM – технология, входящая в SSD, «нестираемая память» (Non-Volatile Memory).

Возникает, в связи с этим, вопрос: нужны ли вообще в современных серверах SAS-накопители? Производители SATA и NVMe даже позиционируют NVMe надежнее SAS по срокам гарантии, что происходит вследствие постепенного снижения цен на SSD NAND, память, которая используется в твердотельных накопителях как потребительского, так и серверного класса.

SATA и SAS SSD имеют ограничение по скорости, а NVMe является более скоростным интерфейсом. Для применения в ЦОДах разработаны специальные стандарты передачи команд NVMe через RDMA (поверх InfiniBand или Ethernet — RoCE и iWARP) и Fibre Channel без трансляции в SCSI под названием NVMe over Fabrics, ещё более увеличивающие скорость обмена данными.

Считается, что интерфейс SATA достиг предела производительности и дальнейшего его совершенствования не предвидится. Команды ввода-вывода для SATA SSD должны проходить через программный стек, который не может полностью использовать потенциальную производительность SSD, потому что этот стек команд разрабатывался для недорогих HDD низкого уровня.

SAS SSD имеют большую пропускную способность, поскольку SAS обеспечивает полный дуплекс, а интерфейс SATA – полудуплексный. SSD-SAS обеспечивают скорость передачи данных от 6 до 12 Гбит/с, а SSD-SATA лишь до 6 Гбит/с. Кроме того, SAS обеспечивают лучшую целостность данных.

К тому же, если сервер поддерживает интерфейс SAS, к нему можно подключить одновременно твердотельные накопители как SAS, так и SATA. Однако в сервер с объединительной платой SATA накопители SAS установить нельзя.

Что касается NVMe, то он намного быстрее, чем SATA. За счет прямого подключения к шине PCI-e, максимальная скорость достигает 985 Мбайт/с на полосу, при этом накопители NVMe могут использовать четыре полосы PCI-e 3.0 и достигать скорости в 3,9 Гбайт/с.

Интерфейсы NVMe в центрах обработки данных пока встречаются реже, чем SAS и SATA, но их использование растёт быстрыми темпами.

Когда что использовать

Когда основной задачей ИТ-системы является общее хранение файлов на сервере, SATA SSD будут оптимальным вариантом. Такое решение применимо для предприятий с небольшим штатом, сотрудники которого которые могут одновременно использовать серверное пространство. При использовании большого количества накопителей с перспективой расширения ИТ-системы предприятия — лучше сразу ориентироваться на SAS.

Если важно обеспечение максимальной скорости ввода/вывода данных — лучше использовать сервер с поддержкой NVMe SSD, который будет снижать задержки отклика (latency) примерно в три раза. Это оптимальный вариант для систем видеоаналитики, нейросетей, финансовых трейдеров и поставщиков контента.

Когда на предприятия происходит постоянный обмен данными и требуется высокая скорость чтения и записи, то лучше использовать твердотельные SAS-накопители.

Заключение

Выбор между SAS и SATA зависит от требований, предъявляемых к серверу. Если это не низкопроизводительный почтовый сервер, то лучше ориентироваться на SAS. Поэтому, большинство малых и средних предприятий выбирают SAS вследствие высокой производительности и надёжности.

Выбор между SAS HDD и SAS SSD требует более тщательного ценового анализа, требований и характеристик. Выбор здесь будет зависеть от типа активности и области использования. Если SAS HDD являются хорошим выбором для сервера системы хранения для среднего предприятия, то SSD хорошо подходят для интенсивного обмена транзакционными данными.

Как SAS HDD, так и SAS SSD, имеют хорошие показатели производительности и надёжности. Однако, SSD более устойчивы к внешним воздействиям и потребляют меньше энергии, чем SAS HDD. Но, с точки зрения цены, SAS HDD дешевле.

NVMe SSD наилучшим образом подходят для сценариев высокоскоростного обмена данными с низкой задержкой (например, нейросети, видеоаналитика, трейдинг), если это критично для бизнеса предприятия.

* * *

Дополнение: сравнение SSD и HDD

Таблица 2. Сравнительные параметры HDD и SSD.