SSD節(jié)能秘訣

張 粵

傳統(tǒng)的硬盤(pán)主要由一個(gè)或數(shù)個(gè)圓形的帶磁性的盤(pán)片及若干個(gè)磁頭組成。盤(pán)片高速旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速最高可達(dá)每分鐘15000轉(zhuǎn)。磁頭讀取盤(pán)片上的磁性信號(hào)。傳統(tǒng)的硬盤(pán)中有兩個(gè)馬達(dá),盤(pán)片的旋轉(zhuǎn)需要盤(pán)片馬達(dá)帶動(dòng),磁頭的移動(dòng)需要尋道馬達(dá)帶動(dòng)。在一次隨機(jī)的數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)過(guò)程中,硬盤(pán)首先要驅(qū)動(dòng)磁頭移動(dòng)到數(shù)據(jù)所在的磁道上,然后等待磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)將該磁道數(shù)據(jù)送到磁頭的位置。這種機(jī)械結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了傳統(tǒng)硬盤(pán)存在兩個(gè)缺陷,即能耗高和讀寫(xiě)性能低。

如果有一種硬盤(pán),可以比目前的機(jī)械硬盤(pán)處理更多的讀寫(xiě)請(qǐng)求,而且消耗電力更少那該有多好。固態(tài)硬盤(pán)(Solid State Disk,SSD)應(yīng)運(yùn)而生。

杜絕機(jī)械動(dòng)作減少電耗

傳統(tǒng)硬盤(pán)是靠馬達(dá)帶動(dòng)盤(pán)片做高速旋轉(zhuǎn),然后用磁頭讀取盤(pán)片上的磁性信號(hào)。馬達(dá)需要消耗很多電力。服務(wù)器級(jí)別的硬盤(pán)的轉(zhuǎn)速可以達(dá)到每分鐘15000轉(zhuǎn)。FC硬盤(pán)在工作狀態(tài)下的功耗可以達(dá)到17W~20W,待機(jī)功率也超過(guò)12W。而SSD內(nèi)部只是芯片,功耗比較小。目前,典型的SSD工作狀態(tài)下的功耗是2W左右,待機(jī)功耗小于0.1W。

一個(gè)磁盤(pán)陣列上往往會(huì)有幾十甚至上百塊硬盤(pán)在運(yùn)轉(zhuǎn),如果全部采用SSD,節(jié)約的電量非?？捎^。以配備100塊FC硬盤(pán)的陣列為例,其功耗范圍為3000W~3500W,而采用SSD后,不僅硬盤(pán)本身的功耗能降低1500W,陣列的風(fēng)扇、電源轉(zhuǎn)換損耗等也會(huì)隨之下降,最終使得整體功耗至少下降2000W。

減少突發(fā)功率降低電耗

只有當(dāng)盤(pán)片旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到特定值時(shí),傳統(tǒng)硬盤(pán)才能正常工作。如果處于待機(jī)狀態(tài)的傳統(tǒng)硬盤(pán)要切換到工作狀態(tài),就必須進(jìn)行電機(jī)加速,這時(shí)硬盤(pán)的最大輸入電流會(huì)達(dá)到正常工作狀態(tài)的3倍,而且持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng),約需要30秒。也就是說(shuō),硬盤(pán)需要等待30秒,才能進(jìn)行正常的讀寫(xiě)操作。

另外,當(dāng)磁頭需要移動(dòng)到盤(pán)片的指定區(qū)域讀寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí),磁頭臂也需要進(jìn)行移動(dòng),這個(gè)動(dòng)作的時(shí)間雖然很短,只有幾毫秒,但是需要的電流非常大,通常為硬盤(pán)正常工作時(shí)電流的兩倍以上。特別是在組成RAID組的磁盤(pán)陣列中,一次主機(jī)讀寫(xiě)就會(huì)觸發(fā)RAID組中多個(gè)硬盤(pán)同時(shí)移動(dòng)磁頭臂,累加在一起的電流非常大。如果系統(tǒng)處理不好,這樣的大電流可能會(huì)導(dǎo)致電源輸出的電壓下降,從而引起系統(tǒng)復(fù)位。要解決這個(gè)問(wèn)題,就要加大電源的設(shè)計(jì)容量,因此會(huì)帶來(lái)額外的開(kāi)銷(xiāo),也會(huì)消耗更多材料。

SSD硬盤(pán)不會(huì)出現(xiàn)突發(fā)大電流的情況,啟動(dòng)電流與工作電流基本一致。因此,使用SSD的陣列,電源不必做額外的功率設(shè)計(jì),還能減少材料的消耗。SSD從待機(jī)狀態(tài)切換到工作狀態(tài)所需的時(shí)間很短,因而可以更頻繁地將SSD切換到待機(jī)狀態(tài),從而節(jié)約更多的電能。

讀寫(xiě)性能提高數(shù)十倍

硬盤(pán)在進(jìn)行隨機(jī)讀寫(xiě)時(shí)需要把磁頭不斷地移來(lái)移去,導(dǎo)致效率低下。現(xiàn)在最快的機(jī)械硬盤(pán)的磁頭平均移動(dòng)時(shí)間是5ms,也就是說(shuō)1秒鐘內(nèi)磁頭最多移動(dòng)200次,即最多處理200個(gè)隨機(jī)讀寫(xiě)請(qǐng)求。

SSD沒(méi)有磁頭,省去了機(jī)械操作的時(shí)間。SSD要做的只是計(jì)算一下數(shù)據(jù)存放在哪塊Flash芯片的哪個(gè)位置,然后再對(duì)該位置進(jìn)行讀寫(xiě)。目前,典型的SSD每秒最多可進(jìn)行16000次隨機(jī)讀寫(xiě),是傳統(tǒng)硬盤(pán)的80倍。一般來(lái)說(shuō),在高隨機(jī)讀寫(xiě)的使用環(huán)境下,1個(gè)SSD可以當(dāng)30個(gè)傳統(tǒng)硬盤(pán)來(lái)使用。網(wǎng)站服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和文件服務(wù)器對(duì)隨機(jī)讀寫(xiě)的性能要求很高,SSD可以更好地滿(mǎn)足上述應(yīng)用需求。

SSD與機(jī)械硬盤(pán)雙劍合璧

SSD有什么不足之處呢?主要是價(jià)格問(wèn)題。由于Flash芯片的價(jià)格居高不下,導(dǎo)致SSD的價(jià)格是傳統(tǒng)硬盤(pán)的幾倍甚至幾十倍。目前,SSD主要應(yīng)用于小容量、高隨機(jī)讀寫(xiě)需求的場(chǎng)合。

SSD性能好、能耗低,但是價(jià)格比較高。機(jī)械硬盤(pán)雖然性能低、能耗高,但是容量大,價(jià)格也很便宜。用戶(hù)可以將兩者結(jié)合起來(lái)使用,實(shí)現(xiàn)高性能和低成本的完美結(jié)合。例如,對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用來(lái)說(shuō),一般可分為表索引區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū),表索引區(qū)的訪(fǎng)問(wèn)頻率很高,而數(shù)據(jù)區(qū)相對(duì)低得多。用戶(hù)可以把表索引區(qū)劃分給SSD,數(shù)據(jù)區(qū)劃分給機(jī)械硬盤(pán),從而實(shí)現(xiàn)更佳的性?xún)r(jià)比與能效比。

華為賽門(mén)鐵克公司的S5000系列產(chǎn)品可以支持SSD與機(jī)械硬盤(pán)的混合使用,充分滿(mǎn)足高性能、大容量的需求,在節(jié)能降耗的同時(shí),更好地保護(hù)用戶(hù)的初期投資。