目次 はじめに... 3 従来型ハードドライブの課題... 3 これらの課題を克服するソリッドステートドライブ... 3 性能と容量... 4 典型的なエンタープライズ製品との読み込み性能比較... 5 典型的なエンタープライズ製品との書き込み性能比較... 6 まとめ... 7 図 図 1. SS

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1 DELL ソリッドステートディスク (SSD) ドライブ 特定の PowerEdge サーバ向けストレージソリューション Dell HDD & SSD 製品マーケティングマネージャ ブライアン マーチン delltechcenter.com

2 目次 はじめに... 3 従来型ハードドライブの課題... 3 これらの課題を克服するソリッドステートドライブ... 3 性能と容量... 4 典型的なエンタープライズ製品との読み込み性能比較... 5 典型的なエンタープライズ製品との書き込み性能比較... 6 まとめ... 7 図 図 1. SSDとHDDのIOPS 比較... 4 図 2. 読み込み性能の向上率... 5 図 3. 書き込み性能の向上率... 6 詳細 Dell TechCenter wiki をご参照ください 2009 年 5 月 2

3 はじめに デルはこのほど エンタープライズクラスのストレージ媒体として業界最速の ソリッドステートディスク (SSD) ドライブ を特定の PowerEdgeサーバに導入しました ストレージ媒体に 従来の回転ディスクではなく ソリッドステート ( 半導体素子 ) のNAND 型フラッシュメモリを使うというアイディア自体は 決して目新しいものではありません たとえば家電は もう 20 年以上にわたって小容量の部品に NAND 型フラッシュを利用してきました これまでNAND 技術は割高なうえ容量に限りがあったため 大容量ストレージデバイスの実用に向かないとされてきました しかし近年になって容量が増え コストも下がってきたため 回転ディスクを凌ぐNANDフラッシュ特有のメリットを活用すべく 大容量媒体ソリューションとしての実用化が進んでいます 従来型ハードドライブの課題 ハードディスクドライブ (HDD) とは プラッタ ( 円盤状の磁性体 ) を回転させる電子機械装置のことで データは各プラッタ表面に帯状に並んでいます ( これをトラックと呼びます ) ハードドライブには 機械仕掛けの作動装置が組み込まれており データを読み書きするときは 回転している媒体上を記録ヘッドが行き来します このヘッドを動かす時間 ( シークタイム ) と ヘッド直下に目的のデータを位置付ける時間を合計して レイテンシ ( 待ち時間 ) と呼んでおり これが HDDで出し得る最高性能のボトルネックとなります ハードドライブメーカーは このメカニック上の制限を克服するため プラッタ回転速度の向上とシークタイムの短縮を図り続けてきました たとえば今日では 15,000 RPM の小型 (2.5インチ)SAS HDD がその適例です 回転速度は 典型的なノートブックハードドライブ (5,400 RPM) の3 倍近くになり 15,000 RPMのトラッキング能力に対応するためドライブ内の媒体プラッタ自体も2.5インチから 1.8インチに縮小されました これにより 目的のデータに記録ヘッドを位置付けるシーク距離も短くなっています このように機械設計の飽くなき改善が功を奏し ハードドライブの最高性能は向上し続けていますが IOPS(1 秒あたりの I/O 処理数 ) 要件の厳しいアプリケーションを満足させるには高価な手段であることも確かです これらの課題を克服するソリッドステートドライブ SSDには機械仕掛けの部品がありません したがって 作動装置によるシークタイムやレイテンシが発生することもありません このため SSDは NANDフラッシュからデータを読み取るや否や すぐにデータを転送します データへのアクセスが瞬時とはいかないまでも 過酷なランダム I/O 要件を課すユーザアプリケーションでSSDを使えば エンタープライズクラスの15,000 RPM ハードドライブより 性能が40~50 倍向上します 高いIOPSを要求するアプリケーションの場合 ハードドライブよりはるかに少ない SSD 数で 求められる総合 IOPS 性能が達成できるため TCO( 総所有コスト ) もSSDの方が有利です ハードドライブとの比較で特にSSDのメリットが際立つのは データのランダムアクセスが集中するユーザアプリケーションです しかし シーケンシャルデータが多い場合は ハードドライブとSSDに大きな差が出ません 可動部品がないという SSDの特性上 障害時の対応もハードディスクと異なります ハードドライブは 唯一のヘッドがクラッシュしてしまうと即座に壊滅的障害となりますが SSDの場合は たとえ複数のセルが劣化しても許容できますし しばらくはフェールオーバーでしのげるため すぐにユーザへの影響が出るわけではありません 2009 年 5 月 3

4 エンタープライズクラスの SSD は ハードドライブを凌ぐ高性能のみならず 信頼性も高くなっています エンタープラ イズクラスの SSD は MTBF( 平均故障時間 ) が 200 万時間とされており エンタープライズクラスの SAS ハードド ライブ (10,000 および 15,000 RPM) の 160 万時間を上回っています 図 1. SSD と HDD の IOPS 比較 性能と容量 SSD 性能を決める第一の要因は ユーザアプリケーションの書き込み / 読み込み比率です 書き込み性能は フラッシュメモリへの書き込み ( ライト ) 頻度と 再書き込み ( リライト ) 頻度によって変わってきます リライトは まずフラッシュメモリの一部を消去するという低速な処理を行ってから 新しいデータに更新する必要があるため より時間がかかります したがって 書き込み時にフラッシュメモリへのリライト処理が発生しなければ はるかに素早くデータが記録されます デルのエンタープライズ向け SSDは このリライト性能問題を改善するため オーバープロビジョニングという手法を取り入れました これは ユーザがアドレスできる領域以外にもフラッシュ容量を確保しておくことで 書き込み性能の低下を解消する技術です この場合 フォアグラウンド操作では データをオーバープロビジョニング領域 ( 隠し ブロック ) に直接書き込みます また バックグラウンド操作では データをこの 隠し 領域からユーザ領域に移すクリーンナップ作業が行われます 消去によってブロックを空にするクリーンナップ作業はバックグラウンドで実行されるので ドライブへのほとんどの書き込み操作が 低速な消去手順を踏まないセクターへのライト作業だけで済みます SSDで利用できる 空き ブロックの 隠し 容量を増やせば 書き込み性能が飛躍的に向上します 2009 年 5 月 4

5 典型的なエンタープライズ製品との読み込み性能比較 下記のグラフは デルの 25 GB SSDを業界標準の代表的な32 GB SSDと比べ その優れた性能を示したものです このDell SSDの総容量は 比較した業界標準 32GB SSDと同じですが 前述のとおり 書き込み性能を向上するオーバープロビジョニングにより 実際にユーザが使える容量は 78% ほど (25GB) になります 下記のテストデータは DellエンタープライズSSDを 他の業界標準エンタープライズ SSDと比較したものです 今回テストした業界標準エンタープライズ SSDは オーバープロビジョニング採用の Dell SSDと同様 基本的なモデルを選びました テスト環境は 6 個のSSDドライブで RAID 環境を構成し 典型的なエンタープライズワークロードを実行しました (RAID 待ち行列の長さ=16) 下記は相対比較グラフのため たとえば 性能向上率 =0% のときは DellエンタープライズSSDの性能が他方の業界標準エンタープライズ SSDと同等であることを意味し 性能向上率 =100% のときは DellエンタープライズSSDの性能が100% 上回ることを示します 図 2. 読み込み性能の向上率 2009 年 5 月 5

6 典型的なエンタープライズ製品との書き込み性能比較 図 3. 書き込み性能の向上率 ソリッドステートドライブ内の MLCフラッシュ対 SLCフラッシュ : 現在 ソリッドステートドライブに採用されている NAND 型フラッシュには SLCと MLCの2 種類があります SLCは Single Level Cell( シングルレベルセル ) の略で 1つのNANDメモリセルに1 ビットの情報を保存します 一方 MLCは Multi Level Cell( マルチレベルセル ) の略で 1つのNANDメモリセルに2ビット以上の情報を保存します MLC NANDフラッシュはSLCよりはるかに安価で たとえ同じサイズでも 利用できる総容量が大幅に増えます ( 同等のナノメータ技術で比較した場合 ) デルが第一世代と第二世代の SSDをリリースする際 SLCベースの NAND フラッシュを採用した主な理由は SLC NANDフラッシュの方がはるかに書き込み処理への耐性が高いからです セルあたりの書き込み耐用回数はSLCの場合 100,000 回ですが MLCは5,000~10,000 回しかありません このように DellエンタープライズSSDは 24 時間 365 日対応の企業環境で書き込み処理が継続しても耐えられる設計となっています 現時点でのSSD 技術を検討した結果 デルは 過酷なエンタープライズ環境要件に合致する SLCを選びました さらにDellエンタープライズSSDは 厳しいビジネス要件により確実に応えるため ウエアレベリング技術 も取り入れています これは 書き込み操作をSSD 全体にバランス良く分散させ 寿命を最大限に延ばす技術です ただし MLCベースのNANDフラッシュも将来のソリューションとして有望視されているため エンタープライズ市場での実用化に向けて現在調査中です 2009 年 5 月 6

7 まとめ デルのエンタープライズ向けソリッドステートドライブ技術は 非常に厳格な設計基準に従い エンタープライズクラスの高性能 高信頼性を達成すべく開発されました DellエンタープライズSSDは 読み込み / 書き込みのいずれが集中するアプリケーションでも SSDのメリットが得られるよう フラッシュ容量にオーバープロビジョニングを施しています エンタープライズ環境で SSDが威力を発揮するのは データへのランダムアクセスが集中発生するアプリケーションです 一方 シーケンシャルアクセスが集中する環境には あまり向きません ディスクドライブに代わるストレージとして エンタープライズ環境により多くのDellエンタープライズSSDを導入すれば 総ディプロイメントコストの削減が果たせます 2009 年 5 月 7

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