第一批基于閃存的固態(tài)(SSD)硬盤在12年前就已經出現，但直到現在，該技術才有望取代數據中心的機械(HDD)硬盤，至少在主存儲領域是如此。為什么需要這么長時間?畢竟，采用隨機I/O的閃存驅動器比HDD硬盤的速度要快1000倍。

其部分原因是忽略了系統，而只是將其重點放在存儲元件和CPU上。這導致業(yè)界專注于其每TB的成本，而真正的焦點應該是采用或沒有采用閃存的解決方案的總成本的比較。簡而言之，大多數系統都是I/O綁定的，使用閃存不可避免地意味著在相同的工作負載下需要更少的系統。這通常抵消了成本差異。

存儲行業(yè)的轉折點來自全閃存陣列：簡單的插入式設備，可立即顯著提升存儲區(qū)域網絡(SAN)的性能。這已經演變成一種雙層存儲模式，其中SSD硬盤作為主要存儲層，而速度較慢但成本更低的HDD硬盤作為次要存儲層。

將新的閃存模型應用于服務器可以提供更高的服務器性能，就像SSD硬盤的價格低于企業(yè)硬盤價格一樣。憑借良好的經濟性和更好的性能，SSD硬盤現在成為主存儲層的首選。

如今人們看到NVMe(高速非易失性內存)技術的興起，其旨在取代串行連接SCSI(SAS)和串行高級技術附件(SATA)作為主要存儲接口。 NVMe是一個非?？焖?、低開銷的協議，可以處理數百萬IOPS，遠遠超過其前身。在去年，NVMe的定價接近SAS驅動器價格，使其解決方案更具吸引力。而在今年，人們將看到大多數支持NVMe端口的服務器主板，可能是支持SATA驅動器的SATA-Express。

NVMe是服務器的內部組件，但是新的NVMe over Fabrics(NVMe-oF)方法將NVMe協議從服務器擴展到NVMe驅動器陣列，以及全閃存和其他存儲設備，并補充了新的超融合基礎設施(HCI)模型用于集群設計。

不過，這些發(fā)展并沒有結束。存儲產品供應商承諾2018年將生產32TB和64TB容量的SSD硬盤。這比目前容量最大的16TB的HDD硬盤要大得多，并且HDD硬盤在熱輔助磁記錄技術解決之前將一直處于困境。

然而，殘酷的現實是SSD硬盤實現了HDD硬盤驅動器無法實現的外形尺寸。大型HDD硬盤尺寸為3.5英寸。而如今已經有2.5英寸尺寸的32TB固態(tài)硬盤以及M2.0和“ruler”(細長的M2.0)等新外形尺寸的SSD硬盤，這將為小型設備提供大量存儲容量。英特爾公司和三星公司在1U大小的設備中可以實現PB級存儲容量。

二級存儲市場發(fā)展緩慢且價格低廉，這阻礙了SSD硬盤在二級存儲市場的廣泛應用。3D NAND和新型Quad-Level Cell(QLC)閃存器件的興起將在很大程度上縮小價格差距，而每個驅動器的巨大容量將通過減少設備數量來彌補剩余的價格差距。

SSD硬盤在二級市場中有一個秘密武器：由于整個存儲結構中有額外的帶寬，使其重復數據刪除和壓縮變得可行，可以有效地將容量擴展5倍到10倍。這降低了以每千兆字節(jié)的價格計算QLC-Flash解決方案的成本，其成本低于HDD硬盤。

最終，也許在短短三到四年內，閃存和SSD硬盤將成為數據中心的主要存儲產品，除了保守和頑固的用戶之外，所有的HDD硬盤都會被淘汰。以下將深入探討SSD硬盤將如何主導數據中心存儲的情況。

(1)系統性能

在推出x86架構后的37年中，CPU發(fā)展速度一直遵循摩爾定律，每隔幾年翻一番。而在此期間內，HDD硬盤的隨機存取的速度只提高了3倍。存儲陣列帶來了跨數據條帶的一些并行訪問，但無法提高CPU的性能。

隨之而來的是SSD硬盤，其中單個驅動器的速度甚至比大型HDD存儲陣列還要快。這導致人們重新思考存儲系統，其得出的結論是減輕I/O需求，這意味著人們需要更少的服務器來處理相同的工作負載。例如，NVMe SSD速度如此之快，以至于它們可以支持運行速度比傳統HDD硬盤系統快100倍的內存數據庫。

人們已經看到了這種新觀點的結果。傳統的存儲陣列銷售正在下降，而廠商正在用SSD硬盤替換服務器中使用的企業(yè)級SAS驅動器。公平地說，快速HDD硬盤是一個即將消亡的品種。

(2)閃存芯片的定價

3D NAND的應用并不順利，這導致了其價格下滑。由于其生產問題已經解決，3D NAND是一項堅實的技術。其價格再次開始下滑，但與HDD硬盤的價格差距仍然大致為三比一。

這一差距為HDD硬盤制造商提供了一些解決方案，但存儲分層也會影響整個集群的總體擁有成本，因此即使在大容量存儲中，也會考慮采用SSD硬盤。

2018年，將會有更多新的閃存代工廠正在投產。結合向3D NAND、芯片堆疊和QLC技術的發(fā)展，他們將生產新一代大容量的主要讀取存儲器，它將取代二級存儲空間，成為比任何HDD硬盤解決方案成本更低和更緊湊的選擇。同樣，對于任何給定容量，將需要更少的存儲設備。

(3)存儲分層

隨著存儲模式從大量的并行HDD硬盤向快速SSD硬盤演進，快速主存儲和緩存二級存儲之間的分層存儲概念已經啟動。HDD硬盤可以滿足慢速大容量存儲的需求，但SSD硬盤容量的快速增長以及3D NAND和QLC單元等低成本閃存的出現，標志著向基于閃存的二級存儲的轉變。

此外，添加的壓縮和重復數據刪除功能，都有助于提高SSD硬盤的帶寬，并且在大多數使用情況下，二級存儲的有效容量可擴展5倍至10倍。重復數據刪除和壓縮用于快速主存儲，以節(jié)省二級網絡存儲的傳輸成本和帶寬，從而大幅節(jié)省二級存儲的采購成本。

(4)新的存儲軟件

SSD硬盤具有性能優(yōu)勢，現在人們看到創(chuàng)業(yè)公司對“挖掘”次級數據層有創(chuàng)造性的想法。這是軟件定義存儲方法的一個例子，它將吸引人們將數據服務鏈接在一起以實現結果。在數據處理通過鏈處理時，SSD硬盤的低訪問延遲變得重要。

對象存儲正在向SDS模型發(fā)展，人們已經可以在目前使用SSD的對象存儲中看到其出色的性能。專家預測文件和塊I/O將迅速成為訪問底層對象存儲的協議，實現統一和更簡單的存儲模型。

(5)以太網NVMe

隨著SSD硬盤性能的快速提升，集群結構的帶寬也隨之增加。在2010年，1千兆位以太網被認為很熱門。而如今，400GbE骨干網正在推向市場。更重要的是，遠程直接數據存取(RDMA)支持現在很常見。RDMA釋放大量CPU時間移動數據。

由于更高效的協議NVMe取代了它，SCSI協議正在結束其30年來的存儲優(yōu)勢。使用該協議的SSD硬盤可實現數百萬IOPS，從而實現大數據分析以及其他應用程序。

人們現在看到量身定制NVMe在以太網上運行。這將使SSD硬盤能夠直接連接到集群結構，為超融合基礎設施增加了新的速度和連接性。

(6)新的形式因素

與HDD硬盤不同，SSD硬盤不受HDD硬盤尺寸的限制。目前已有32TB 2.5英寸固態(tài)硬盤，2018年供應商將推出相同外形尺寸的64TBSSD硬盤。直到2019-2020年HAMR技術產品推出為止，HDD硬盤驅動器一直處于領先地位。即使如此，大容量硬盤的尺寸一直是3.5英寸，沒有任何突破。

這意味著使用SSD硬盤的服務器和設備可以在相同尺寸下獲得更多容量。例如，2U服務器如今可以安裝24個SSD硬盤(768TB)，相比之下，同樣的服務器只能安裝12個HDD硬盤，容量大約180TB。

此外， M2.0固態(tài)硬盤的尺寸更加緊湊，因此產生了具有32TB原始容量的“ruler”硬盤的新設備。如果人們將其與傳統陣列或當今基于服務器的節(jié)點進行比較，就可以看到節(jié)省了大量設備成本和空間。如果添加重復數據刪除和壓縮功能，1U存儲設備的容量甚至可能達到5PB。