DRAM-based 与 Flash-based 固态储存设备

DRAM-based 与 Flash-based 固态储存设备 

   
 
传统机械式硬碟的存取回应速度缓慢，难以因应某些需要极高随机I/O效能的环境，因此改用没有机械机构限制、可轻易提供极高I/O效能的纯固态储存设备，便是这类领域常见的做法。

 
 
传输频宽与每秒I/O处理数量（IOPS），是衡量储存设备效能的两大基准。对于多数企业资料中心来说，除了高效能运算、影音服务或备份等应用更看重传输频宽外，主要的核心应用如资料库、邮件伺服器等，则更加要求IOPS，特别是随机存取时的IOPS效能。过去要取得高随机IOPS性能并非易事，典型作法有两种，一是采用传统机械式硬碟，另一是采用固态储存装置。

受限于机械旋转机构相对缓慢的搜寻时间，传统机械式硬碟的随机IOPS存取效能并不高，1台1.5万转SAS硬碟的随机存取效能大约只有175～180 IOPS，7200转SATA硬碟则只有30～80 IOPS左右，但可利用多达数百台甚至上千台硬碟组成阵列，透过分散平行存取阵列中的大量硬碟，藉以得到足够的随机IOPS效能。另外还能搭配一些特殊的存取方式，如将资料放在硬碟最快速的碟片外圈，以减少搜寻时间，进一步提高IOPS。

藉由汇聚大量硬碟的方式，虽然能够得到很高的IOPS效能，但连带也会产生很大的副作用。有高随机IOPS效能需求的应用程式，需要的是效能，容量要求通常不大，因此这种聚集大量硬碟的作法，往往会造成很大的容量浪费，并耗费很大的机房空间与电力。有时仅仅是为了满足一套资料库的随机IOPS需求，就需耗费占用一或多个机柜的上百台硬碟，但应用程式实际上却只占用其中数十或数百GB容量，每台硬碟只使用一小部分容量而已。因此有些用户便会转而选择使用固态储存设备，来因应高随机IOPS效能需求的应用程式。

DRAM-based的固态储存设备
在个人电脑领域，很早就有将多余的DRAM规划为RAM-Disk，藉以加速某些应用程式存取的做法。事实上，这种以DRAM作为储存媒体、加速存取的做法并不仅止于个人电脑领域，为了满足高随机IOPS需求，很早就有厂商推出纯粹采用DRAM为储存媒体的企业级纯固态储存设备。

从硬碟到外接式磁碟阵列，绝大多数储存装置都会含有一定容量的DRAM来作为存取缓冲区或快取记忆体，藉以提高存取速度。不过我们这里所说的“DRAM-based固态储存设备”并不是指这类缓冲或快取用途，而是指以DRAM取代硬碟来储存资料、纯粹由DRAM构成储存媒体的外接式“纯”固态储存设备。

DRAM的存取回应速度，要比最快的机械式硬碟快数千倍以上，一瞬间便能回应与处理极大量的I/O存取要求，能轻易提供极高的随机IOPS效能。一台2～4U机箱的纯DRAM式储存设备，就能比数个机柜传统硬碟拥有更高的随机存取I/O效能。

一般来说，即使采用最快的1.5万转机械式硬碟，至少也得汇聚500、600台以上硬碟，才能提供10万IOPS等级的随机存取效能，但这样连带也会耗用数个机柜的空间与庞大的电力。但若换成DRAM式储存设备，只要一台2～4U机箱就可提供同等级的随机IOPS效能。若以取得足够的高IOPS效能为基准，DRAM-based固态储存的整体成本将会低于传统硬碟式设备。

DRAM-based设备虽然拥有较佳的单位随机存取效能成本，但若以单位容量成本来衡量，便远高于硬碟（相差超过百倍）。一个机箱的DRAM式储存设备的建置成本，可能还超过一整机柜的传统硬碟式储存设备，加上储存密度相当低，因而限制了DRAM式储存设备所能提供的容量——一台2～4U机箱的DRAM式储存设备，典型的最大容量只有128GB～512GB左右，目前这类产品单一机箱能达到的最大容量不过2TB左右，即使采用多机箱串接扩充为一个机柜，目前最大容量的产品如Kaminario的K2-D也只有12TB容量——只相当于3台4TB的3.5吋传统硬碟，而且极为昂贵（报价超过100万美元）。

此外，DRAM是一种只要没有供电、就无法保存资料的挥发性储存媒体，因此以DRAM为基础的储存设备，必须拥有完善的供电与备份、备援设计，以因应外部电源中断的事故。对于企业级DRAM式固态储存设备产品来说，内建大容量电池是不可或缺的配备，还须内建备援用的硬碟或Flash记忆体，以便在断电时维持电力供应，并将DRAM中的资料转到硬碟或Flash记忆体中保存。然而这些机制虽然能改善资料存取的可靠性，但也进一步增加了产品的复杂性与成本。

总的来说，受限于高昂的成本与有限的容量，让DRAM-based固态储存设备成为一种应用面向非常狭窄的产品，目前只有TMS、Kaminario、Vion等少数供应商仍继续提供这类产品，当NAND Flash记忆体出现后，便让固态储存设备有了与前不同的新发展。