Server s SSD disky: v čem je lepší a na kolik vyjde?

Článek jsme aktualizovali 20. 10. 2022.

Čeští hostingoví poskytovatelé dnes standardně nabízí vedle plotnových disků i SSD. Podle společnosti TrendFocus se v prvním čtvrtletí 2022 propadly prodeje podnikových plotnových disků asi o 20 %. Většinu jich postupně nahrazují právě SSD a poptávka po nich vzrůstá i mezi našimi zákazníky. Díky nižší ceně jsou SSD dostupnější – nejlevnější 1TB SSD disk lze pořídit zhruba za 2000 korun (1TB plotnový disk vyjde asi na 1000–1500 Kč).

Pokud si zrovna vybíráte nové disky do serveru, pak se primárně zaměřte na to, abyste zvolili variantu určenou pro datacentra. Takové SSD jsou optimalizovány pro teploty datových sálů, vyšší počty přepisů a vydrží vám díky tomu několik let. Tzv. consumer-grade disky jsou sice levnější, ale v porovnání s datacentrovými použití v serveru neustojí a málokdy se dožijí svých druhých narozenin. Pro zajímavost, v MasterDC používáme do Dell EMC serverů SATA SSD disky značky Kingston, řada DC500M, nebo disky Intel řady S4520 a také NVMe disky Kingston (DC1500M) a Intel P4510 s PCIe 3.1. Pro infrastrukturu, na níž běží naše cloudová platforma, jsme zvolili nejnovější NVMe disky Intel řady P5510 s PCIe 4.0.

Technologie SSD disků ovládly víceúrovňové buňky

SSD (solid state drive) disky mají řadu výhod oproti klasickým plotnovým diskům – jsou rychlejší, méně hlučné, mají nižší spotřebu a nejsou tak náchylné k mechanickému poškození. Jejich dřívější problémy s kapacitou vyřešily novější technologie.

SSD disky v současné době disponují výhradně víceúrovňovými paměťovými buňkami. Pro ty, kteří se v technologiích SSD disků tolik neorientují, nabízíme nejprve krátké vysvětlení.

SSD disky obsahují paměťové flash čipy, do kterých lze zapisovat data a opětovně je mazat. Technologie těchto čipů se liší – podle toho kolik úrovní elektrického náboje lze uložit do jedné buňky. Převedeno do binární logiky – kolik bitů dokážeme do jedné buňky uložit. Disky rozdělujeme na SLC (single-level cell, tedy jednoúrovňová buňka), MLC (multi-level cell, dvouúrovňová buňka), TLC (triple-level cell, tříúrovňová buňka) a QLC (quad-level cell, čtyřúrovňová buňka).

SLC SSD disky mohou v každé buňce uchovávat jen jeden bit – to sice znamená, že disk je rychlý a má dlouhou životnost, na druhou stranu se do něj ale vměstná jen málo dat. Kapacitu lze vykompenzovat množstvím disků, čímž zase narůstají náklady. Dnes už se tato technologie prakticky nepoužívá, podobně jako víceméně překonané MLC disky.

U většiny SSD se setkáme s TLC disky, které do každé buňky uloží tři bity, a nejnověji i QLC disky, které dovedou uložit ještě o bit navíc. Hustota dat v disku je výrazně vyšší, fyzické rozměry mohou být menší, stejně tak je nižší i cena. V porovnání s SLC a MLC jsou však pomalejší a mají i kratší životnost.

Litografii disků výrazně změnila 3D technologie – trojrozměrná vertikální flash NAND technologie. Ta umožňuje jednotlivé buňky na sebe vrstvit zároveň i vertikálně, což významně zvedá kapacitu celého disku, ale i kupní cenu.

Životnost SSD disků

Aktuálně nejpoužívanější technologie TLC a QLC mají kratší životnost než jejich předchůdci. NAND flash paměť SSD disků má totiž jen omezené množství cyklů na zapsání/smazání. Jelikož se u technologií TLC a QLC všechna data vměstnají do menšího počtu buněk, jednotlivé buňky se dříve „opotřebují“. Opotřebení disků se označuje anglickým spojením wear out (vynošení).

V současnosti jsou ale výrobci disků schopní životnost TLC a QLC disků prodloužit jinými technikami a postupy, což vede k tomu, že TLC a QLC disky ztrácí svou hlavní nevýhodu a postupně vyřazují starší technologie.

Výkon disků ovlivňuje způsob připojení k serveru

K serverům se disky připojují buď skrze SATA/SAS rozhraní původně určené pro mechanické disky, nebo přes moderní komunikační protokol NVMe skrze rozhraní PCIe.

SATA rozhraní bylo navrženo pro mechanické disky, které jsou ve srovnání s SSD disky pomalé, a tudíž má relativně nízký fyzický limit pro množství dat, které může v jednu chvíli převést. Využívá komunikační protokol AHCI také optimalizovaný především pro mnohem pomalejší HDD. Na podobném principu jako rozhraní SATA funguje i rozhraní SAS. Je o něco rychlejší a spolehlivější a instaluje se se především do serverů a diskových polích, kde se využívá možnost připojení SAS disku ke dvěma řadičům současně.

Naproti tomu komunikační protokol NVMe (non-Volatile Memory Express) byl vyvinutý přímo pro moderní SSD disky a umožňuje využít jejich vysokou rychlost čtení/zápisu. NVMe běží skrze PCIe linku, která disk připojuje přímo k CPU, proto je celý proces přenosu dat nesrovnatelně rychlejší než u SATA rozhraní a latence je téměř nulová.

Ceny NVMe a SATA disků se přitom zásadně neliší. Rozdíl ve výkonu jsme mimochodem nedávno testovali. Na výsledky se můžete podívat v článku Otestovali jsme SSD disky SATA a NVMe. Jak velký je mezi nimi rozdíl?

Od způsobu připojení disku se odvíjí i jeho formát:

• 2,5“ – tradiční formát přejatý od plotnových disků, disky se připojují přes sběrnici SATA/SAS
• M.2 – moderní formát, disky mají menší rozměry, je možné je připojit přes rozhraní SATA i skrze komunikační protokol NVME přes sběrnici PCIe. Slot M.2 je přímo na základní desce a odpadá potřeba kabelu
• U.2 – formát podporuje připojení přes protokol NVMe

Jak fungují klasické plotnové disky?

Plotnové disky (hard disk drives) označované zkratkou HDD jsou, na rozdíl od SSD, složeny z několika přesně se pohybujících částí. Základem je pohyblivé rameno nesoucí několik čtecích a zapisovacích hlav, které zajišťuje přístup k datům uloženým ve vrstvě magneticky měkkého materiálu.

Rameno extrémně rychle klouže pouhé milimetry nad plotnami a pomocí elektromagnetických impulsů jeho hlavy čtou nebo zapisují přesně tam, kde je potřeba – na konkrétní místo v magnetické vrstvě určité plotny.

Je to komplexní systém a kvůli tomu se s ním musí zacházet opatrně. K jeho narušení stačí i relativně malý úder. V nejhorším případě se čtecí hlavy dotknou zápisové plotny a disk může být nenávratně poškozen. Kromě toho jsou citlivé také na teplotu a další podmínky, což je pro datacentra a servery důležitější.

Při výběru disku vás bude zajímat jeho výkon v MB/s

Jedním z nejdůležitějších ukazatelů při výběru disku je jeho výkon, který můžete vyhodnotit ze dvou ukazatelů. IOPS, tzn. kolik čtecích a zápisových operací může disk provést za jednu sekundu, a přenosové pásmo (MB/s) – kolik dat za sekundu lze zapisovat a číst z disku zároveň.

Zatímco u mechanických disků jsou hlavním ukazatelem jednotky IOPS, u SSD je důležitější hodnota přenosového pásma. U mechanických disků se hlava disku pohybuje, což přináší mechanické zpoždění a tedy i omezení v počtu IOPS operací. U SSD se naopak musí zároveň načítat a zapisovat buňky, a to je omezeno právě přenosovým pásmem. Můžete si všimnout, že i levnější disky mají velmi vysoký počet IOPS, kdežto nízkou hodnotu u přenosového pásma.

Na konečnou volbu bude mít vliv i konkrétní zařízení. Některá totiž disponují jen jedním typem konektorů (např. SATA) a rychlejší připojení přes NVMe třeba vůbec neumožňují. V případě, že budete na server hlavně zálohovat, vás toto omezení ale nemusí trápit. V produkčním prostředí bude naopak latence zásadním ukazatelem a vyplatí se investovat do výkonnějších SSD disků. S výběrem pro konkrétní řešení vám rádi pomůžeme.