company_banner

Прокачиваем сервер: SAS SSD против SATA- и NVMe SSD



    Популярность твердотельных накопителей на основе флеш-памяти неуклонно растет, и они не ограничиваются потребительским уровнем. В частности, за последние годы компания Kingston вывела на рынок много SATA и NVMe SSD серверного класса (A2000, DC500 и т.д.) с длительными гарантийными сроками (до пяти лет).

    Этот факт заставил нас задуматься: а нужны ли в нынешних серверах SAS-накопители? Почему производители накопителей все чаще выводят на рынок твердотельные решения корпоративного класса с поддержкой SATA и NVMe, которые даже позиционируются надежнее SAS-решений (если смотреть на сроки гарантии, например)? Не стал ли протокол SAS лишним?

    Давайте сразу ответим на вопрос «почему же в последние пару-тройку лет производители начали выпускать корпоративные решения на базе SATA и NVMe, как горячие пирожки?». Нетрудно догадаться, что на рынок твердотельных накопителей влияют многие факторы, наиболее очевидным из которых является ежегодное снижение цен на флеш-память NAND, которая используется в картах памяти и твердотельных накопителях.

    Снижение стоимости чипов флеш-памяти подтолкнуло производителей на разработку соответствующих решений для центров обработки данных и корпоративных сценариев использования. С другой стороны, более низкая стоимость клиентских твердотельных накопителей побуждает производителей оригинального оборудования (OEM) встраивать их в потребительские ПК и растущее число корпоративных устройств хранения данных.

    В этой статье мы разберем все типы накопителей и постараемся разобраться для каких задач они подходят лучше всего: в каких сценариях можно отдать предпочтение SATA и NVMe-решениям, а в каких по-прежнему стоит полагаться на SAS. В конечном счете, чтобы правильно выбрать твердотельный накопитель для различных серверных нагрузок, ИТ-менеджеры должны знать плюсы и минусы всех интерфейсов SSD.

    SATA SSD, SAS SSD и NVMe SSD: в чем разница между накопителями и протоколами подключения?


    SATA, SAS и NVMe – это три наиболее распространенных интерфейса. Первые два используют наборы команд ATA и SCSI соответственно. NVMe, по сравнению с ними, – это относительно новый набор команд, который работает по шине PCI-e.

    Разница лишь в том, что если SATA и SAS SSD мешает ограничение по скорости, которое диктуют интерфейсы SATA III и SAS III, то NVMe-накопители не утыкаются в потолок своих «собратьев», предлагая более высокую производительность. А для грамотного применения накопителей NVMe в центрах обработки данных 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.



    По сути, на все эти интерфейсы возлагается одна и та же задача – передача данных и обеспечение взаимодействия серверов с контроллерами и накопителями. Но дьявол, как говорится, кроется в деталях. Так и в нашем случае – в основе каждого протокола лежат разные принципы работы, а на выходе получаются разные результаты в отношении скорости обработки данных, времени доступа к ним и т.п.

    1. SATA SSD (Serial ATA)


    Многие представители отраслей корпоративного хранения данных полагают, что интерфейс SATA достиг предела производительности. Более того, в его дальнейшем развитии и улучшении уже давно не предвидится никаких разработок.

    Что ж..., с одной стороны производительность SATA SSD находится на стабильном уровне. Но в то же время она может быть узким местом для серверов, не позволяя процессору своевременно обрабатывать необходимые операции. Как итог: недостаточное использование вычислительных возможностей сервера повлияет на количество пользователей, которые могут обслуживаться одновременно, и вызовет лишь неудобства для последних.

    В частности, команды ввода-вывода при развертывании твердотельных накопителей SATA на сервере должны проходить через программный стек, который не может полностью использовать производительность флеш-памяти, потому что набор команд изначально был разработан для недорогих жестких дисков низкого уровня. Из-за этого серверы с мощными многоядерными процессорами и большим количеством DRAM могут ждать завершения операций или транзакций, что не позволяет использовать весь потенциал вычислительных ресурсов на максимум.

    2. SAS SSD (Serial Attached SCSI)


    По сравнению с корпоративными твердотельными накопителями SATA SSD, SAS-накопители предлагают значительные улучшения по части полосы пропускания и пропускной способности. При передаче данных SATA использует только полудуплекс и одновременно задействует только одну полосу. Но SAS – полнодуплексный. Это означает, что твердотельные накопители SAS имеют гораздо более высокую скорость передачи данных.

    Кроме того, твердотельные накопители SAS III обеспечивают скорость передачи данных от 6 Гбит/с до 12 Гбит/с, что в два раза быстрее, чем SSD-накопители на базе SATA III (до 6 Гбит/с). А значит интерфейс SAS всегда в два раза быстрее, чем SATA, и в 4 раза быстрее, если учесть, что SAS двухпортовый и дуплексный. Если исходить из теории, пропускная способность SATA III при манипуляции блоками 4K равна 150 000 IOPS (операций в секунду). И это максимальная скорость в двух направлениях (чтение/запись). Потенциальная скорость для SAS 6Gb в этом случае будет 300 000 IOPS (полный дуплекс), а для SAS 12Gb – 600 000 IOPS (300 000 IOPS при чтении и 300 000 IOPS при одновременной записи).



    По сравнению с SSD на основе SATA, твердотельные накопители на основе SAS обеспечивают лучшую общую сквозную целостность данных и обладают более гибко настраиваемой структурой отчетности. Наконец, если массив или сервер поддерживает интерфейс SAS, к нему можно подключить твердотельные накопители на базе SAS или SATA, и оба будут работать. Однако в массивы или сервера с объединительной платой SATA накопители SAS установить не получится: в этом случае будут работать только твердотельные SATA-решения.

    Отметим, что раньше SATA использовался как недорогой интерфейс для жестких дисков потребительского уровня. В то время как SAS был разработан для улучшения инфраструктуры и возможностей управления дисками в серверных массивах. То есть у SAS изначально больше возможностей, чем у SATA. Например, он умеет работать с несколькими устройствами одновременно, в то время как SATA работает по принципу «устройство-хост» и никакой мультизадачности не подразумевает. SAS-накопители предлагают несколько уровней безопасности и шифрования данных, поддерживают восстановление ошибок и создание отчетов об ошибках. Безусловно, все эти опции предлагают и современные SATA- и NVMe-SSD на уровне контроллера, но разница в работе все-таки перевешивает.

    3. NVMe SSD (Non-Volatile Memory Express)


    NVMe намного быстрее, чем интерфейс SATA: за счет прямого подключения к шине PCI-e максимальная скорость передачи данных достигает 985 Мбайт/с на полосу, при этом накопители NVMe могут использовать четыре полосы PCI-e 3.0 и достигать скорости в 3940 Мбайт/с (3,9 Гбайт/с). Это отличный потенциал, если учитывать, что стоимость NVMe-решений практически сравнялась с SATA-устройствами.

    Вкупе с NVMe-решениями клиент получает независимость от ограничений стеков SATA и SAS, предлагая новый набор команд, принцип обработки очередей и поддержку многопоточных нагрузок. Это как раз тот накопитель, который может задействовать процессорные ресурсы на полную мощность, если мы говорим о связке NVMe с мощными многоядерными процессорами.

    К сожалению, серверный рынок медленно поддается изменениям, поэтому NVMe-решения в системах хранения и обработки данных встречаются реже, чем SAS- и SATA-решения. Это связано с тем, что работа с устройствами на базе новых стандартов требует изменений в подходах к масштабированию и обслуживанию. Например, клиентские устройства должны обладать поддержкой форм-фактора M.2 или U.2/U.3 (для этого в серверах могут использоваться гибридные объединительные панели U.2/SAS/SATA).



    Однако стандартных софтверных средств бывает недостаточно, чтобы раскрыть потенциал NVMe в рамках сервера на полную. Сейчас эту проблему помогают решить трехрежимные аппаратные RAID-контроллеры Broadcom, которые позволяют обслуживать все накопители (NVMe/SAS/SATA) через SAS-стек микросхемы RoC (RAID on Chip). Но в этом случае контроллер выступает посредником между NVMe и процессором. А еще подобное подключение не позволяют использовать больше двух или четырех NVMe SSD. Связано это с тем, что контроллеры, обычно, поддерживают 8 линий PCI-e (реже 16).

    Выходит, что с одной стороны гибридные платформы удобны своей универсальностью, а с другой стороны – будущее серверных систем заключается в полном переходе на U.2/U.3-накопители. Тогда мы и сможем воочию оценить максимальную производительность без вкрапления так называемых «посредников».

    SAS-, SATA-, NVMe SSD: в каких серверах и для каких целей использовать


    Наше сопоставление накопителей SAS, SATA и NVMe полностью базируется на сценариях использования и на финансовых затратах для организации, а не просто сравнении скоростей передачи данных, скорости интерфейсов, времени доступа и т.п. Поэтому мы просто составили несколько советов, которые помогут определиться: для каких целей использовать то или иное хранилище.

    1. Если нужно хранить много данных в общем доступе


    В случае, когда основной задачей является общее хранение файлов на сервере – можно ограничиться SATA SSD, ведь SATA-интерфейс лучше всего работает при передаче данных на накопитель. RAID-массив в этом случае станет здравым вариантом для ускорения, при этом скорость интерфейса не будет выступать ограничением.

    Рекомендация эта применима по большей части к малому бизнесу с небольшим штатом сотрудников, которые могут одновременно использовать серверное пространство. Для сервера, в котором установлено от двух до четырех накопителей использование SATA-решений также вполне приемлемо. А вот при использовании большого количества накопителей с перспективой расширения офисной экосистемы — логичнее полагаться на SAS.

    2. Если нужно минимизировать задержки доступа


    В ситуациях, когда клиенту необходимо обеспечить максимальную скорость отклика для систем ввода/вывода данных – логичней использовать сервера с поддержкой NVMe SSD (латентность, по скромным меркам, снижается примерно в три раза). Такие накопители оптимально подходят для систем видеоаналитики, обучения нейросетей, высокочастотного трейдинга и распространения контента.

    Необходимы они и VPS-провайдерам, которые разворачивают игровые площадки (в духе Steam и Epic Games Store) или игровые сервера под MMO-игры. А при условии, что стоимость U.2 NVMe-накопителей (таких как Kingston DC1000M) не сильно отличаются от ценников на SATA SSD – вопрос выбора особо и не стоит. Единственный минус – такие накопители не получится объединить в аппаратный RAID-массив. Если такая необходимость есть – переходим к третьему пункту.

    3. Если нужны минимальные задержки и аппаратный RAID


    В случае с твердотельными SAS-накопителями мы получим быстрое чтение и быструю запись данных непрерывно. К тому же SAS работает со множеством устройств, как с единой сетью, позволяя объединить их в аппаратный RAID. Альтернативы в этом плане у них попросту нет.

    Да, и в целом SAS — более быстрая технология, чем SATA, поскольку передает данные из хранилища так же быстро, как и в хранилище. Серверы и рабочие станции в значительной степени зависят от передачи данных, поэтому в серверах, подразумевающих сильную нагрузку, лучше иметь оборудование, которое может отправлять и получать информацию в быстром темпе.

    Итоги


    Если принимать во внимание, что SATA-интерфейс пришел в промышленную сферу с потребительского рынка, накопители SAS применять предпочтительнее, а SATA SSD, как мы уже отметили выше, подойдут для менее серьезных задач, которые не предполагают серьезных затрат на развертывание корпоративной сети и высокую нагрузку. А когда NVMe-решения прочно придут на смену SAS и SATA, вытеснив их с рынка – у нас будет новый повод поговорить об этом. Делитесь в комментариях своими наблюдениями и рассказывайте, какие накопители выбираете для собственных нужд. А главное – почему?

    Для получения дополнительной информации о продуктах Kingston Technology обращайтесь на официальный сайт компании.
    Kingston Technology
    Компания

    Комментарии 16

    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
        +3

        В данной ситуации они правы, SATA — полудуплекс, SAS — полнодуплексный. Причём по каждому порту одновременно.

        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
          +2
          в SATA один канал передачи данных
          Верно. Но он ещё и полудуплексный
          • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
          0

          Спасибо за обзорную статью.
          Подскажите пожалуйста, можно ли все скорости привести к Гб/с? Сейчас у nvme в Мбайт/с. Так сильно картина изменяется, в сторону SAS, с точки зрения дёшево и сердито.


          И подскажите, планируется статьи бенчмарки? И было бы круто уже с инструментами, чтобы мы сами могли провести.


          Поскольку Sata и sas у нас в хозяйстве в основном .

            +1
            В большинстве случаев у вас все упрется в IOPS, а не в пропускную способность интерфейса.
            А поскольку на новых материнских платах есть nvme, то как бы SAS достаточно ограниченный сценарий.
            0

            Удивительная история с sata. Когда пропускной способности первой сата хватало с головой, регулярно выпускали новые ревизии. А как массово начали переходить на ssd, и интерфейс стал узким местом, перестали обновлять.

              +1

              Обновляли SATA пока в этом был смысл. С SSD стали разумнее принципиально иные протоколы (NVME). А диски классические используют SAS там, где это критично. Дошли до скорости 22.5 Гбит/с сейчас — этого вполне хватает.

                0

                Это понятно, в том-то и вся курьёзность, сейчас это разумнее, раньше это вообще не нужно было.

                  0
                  Нет смысла. Вот допустим будет сата4. На него надо новые интерфейсы и диски. А зачем? ведь nvme дает УЖЕ лучшие результаты и диски есть.
              0
              Пройдет еще какое-то время, и SATA/SAS забудутся, как когда-то ATA-интерфейс.
              Везде будет NVMe, и универсальные форматы переходного времени никому уже не понадобятся.
              Вопрос только в одном: как долго придется этого ждать? Но он, скорее, риторический…
                0
                SAS (Serial Attached SCSI) так просто не забудется. Во-первых, куча оборудования с длительным обещаным сроком поддержки уже выпущено, а потом вторичный рынок. Во-вторых, SCSI не умер — он остался в виде протокола, набора команд. А этот набор команд, например, не только SAS-диски, но и USB-флешки используют, и поверх FibreChannel он бегает, и iSCSI не просто так называется.
                  0
                  1. Сколько NVMe можно установить в одном компьютере, учитывая, сколько линий PCIe оно потребляет?
                  2. Как насчет широко распространенной, стабильно работающей технологии горячей замены для NVMe?
                  3. Учитывая некоторые проблемы флэша (например, время хранения данных при отключенном питании), как насчет возможности подключать обычные жесткие диски?

                  Когда будут решены все эти проблемы (только для второй решение вроде как маячит на горизонте), тогда и можно будет говорить об уходе SAS/SATA.
                  Кроме того, возможно, что "могильщиком" SAS/SATA станет совсем другой интерфейс, который заодно похоронит и NVMe.

                    0
                    как насчет возможности подключать обычные жесткие диски?

                    USB. А внутри пускай хоть SATA.
                  +1

                  Приветствую.
                  Тапками не пинайте первое сообщение на хабре :) мне кажется немного не учтён один из сценариев в котором даже в интерпрайзе сейчас sata живеться не плохо особенно с учётом дешевизны. Ведь sas это хорошо, и дефакто стандарт при классическом подходе организации отказоустойчивого железного хранилища будь то рейды, и/или подключение корзин к нескольким контроллерам/хостам ведь sasmultipath всемогущий. Но стоит немного отвлечься в другую сторону где вендоры все чаще рекомендуют софт рейды и хба подключение, и далее всякие vsan, да нутаникс где вообще данные размазаны по разным хостам там то дешовый но пусть не такой надёжный sata, но сильно маштабируемый за счет доступности, как по мне имеет сильные долгосрочные позиции.

                  Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                  Самое читаемое