QNAP SSD 應用. 黑科技總集成先聊聊 SSD 的二三事實際體驗 SSD 效能提升有多少 QNAP SSD 相關硬體產品介紹 QNAP 專為 SSD 應用設計的軟體

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2 QAP SSD 應用. 黑科技總集成先聊聊 SSD 的二三事實際體驗 SSD 效能提升有多少 QAP SSD 相關硬體產品介紹 QAP 專為 SSD 應用設計的軟體

3 市場上有這麼多不同的 SSD 如何針對不同的應用選擇正確的 SSD 呢?

500-1000 1000 Bit /Cell 1 2 3 4 容量寫入速度壽命花費 https://www.anandtech.

4 SSD AD Flash 種類為了儲存更多資料,SSD 持續進化 AD Flash Single Level Cell (SLC) Multi Level Cell (MLC) Triple Level Cell (TLC) Quad Level Cell (QLC) Read/Write Cycles 90, ,000 8,000 10, Bit /Cell 容量寫入速度壽命花費 900p-480gb-review/5 n.com/2018/11/what-future-for-intel-optane/

5 SSD 演進趨勢 : 介面 SSD 性能已有可觀優勢, 但 SATA 介面使用的 AHCI 邏輯控制介面及其本身的 6Gbit/s 效能上限, 對 SSD 效能延遲仍有所限制對 SSD 特性訂做的 VMe 邏輯控制介面普及, 除了 PCIe, 實體介面 M.2 U.2 也先後到位, 加上如 SSD Over-provisioning 和 Intel Optane 等技術提升, 價格下降同時 SSD 的效能將可繼續向上翻升介面 SATA 3 M.2 U.2 PCIe 速度 6Gbps 10/32Gbps 32Gbps 20/32Gbps IOPS 60, , ,000 1,000,000 邏輯介面 AHCI VMe VMe VMe 2.5 inch M.2 PCIe card SATA SATA VMe VMe (U.2) VMe IOPS 效能數字為依照市場指標產品粗估

6 SSD 演進趨勢 : 價格在儲存設備, 除了加速檔案連續存取, SSD 更為多個用戶或企業應用提供傳統機械式磁碟難企及的隨機效能 (IOPS) 從 2018 年以來,SSD 價位持續下降, 過去小容量的 SSD 將可替換為大容量, 進一步提升儲存效能磁碟種類連續寫入 (MB/s) 隨機寫入 (IOPS) HDD SSD

7 SSD 每 GB 成本即便是相同的 SSD 類型, 價格也差異很大 Dollars/GB Intel DC S GB MLC SSD 類型價格範圍 MLC ~50% 0.6 TLC/QLC ~40% QLC Crucial P1 500GB Intel SSD 660p 542GB ADATA SU GB Kingston KC GB Samsung 970Pro 512GB TLC Intel 600P M GB Kingston KC GB Lexar S GB 整體價格造成 SSD 價格不同的原因是?

8 SSD 基於工作負載來選擇高 Y = 容量消費型 otebook AI 資料庫大數據資料庫 QLC 集中讀取虛擬機多媒體串流物件儲存 TLC 集中寫入虛擬機儲存快取非 SQL 資料庫 MLC AI 訓練系統儲存行業 / 軍事儲存您需要先了解您的 SSD 工作負載, 再來選擇適合的 SSD SLC 低 X = 效能高

9 QAP 的 SSD 應用在軟硬體方面都領先同業 SSD 應用 QAP QTS Synology DSM SSD 管理外掛超額配置有, 並自備分析工具無 Qtier 自動分層應用自動分層特定目錄 /LU 重建 Qtier 無快取模式 3 種 : 唯讀唯寫讀寫 2 種 : 唯讀讀寫 SSD Cache 全域設定可同時支援多個 Volume/LU 每個 SSD Cache 僅支援一個儲存空間在線更換儲存服務不中斷需中止儲存服務健康監控有有 SSD 管理可靠度監控有無支援列表資訊有無 SED 加密支援 Samsung SSD 無內建支援 M.2 SATA M.2 VMe U.2 VMe VMe 硬體裝置 PCIe SSD 卡 2~4 埠 SATA/VMe 有支援 10GbE 最高 PCIe Gen 3 x 8 2 埠 SATA/VMe 有支援 10GbE 僅 PCIe 2.0 x 8 SSD 轉接座有,2 個 M.2 SATA 轉接 2.5 SSD 1 或 2 個 M.2 VMe 轉 U.2 VMe 無

1TB RAID 5, 4* Samsung SSD RAID 10 Windows 10 i7 64G with

10 先來感受下有用 SSD 有用沒有的差異沒有使用 SSD 快取用 IOMeter 看 IOPS 啟用 QAP SSD 全域快取用 IOMeter 看 IOPS 測試環境 TS-1283XU 16G 8* Seagate 1TB RAID 5, 4* Samsung SSD RAID 10 Windows 10 i7 64G with 10GbE Ethernet SMB. 4k Random Write, 32 Workers, 4 Outstanding

11 QAP SSD 硬體科技

內建 M.2 PCIe VMe 插槽 TVS-x72XT 系列 TS-x73 TS-x77 TS -1277 支援

12 內建 M.2 PCIe VMe 插槽 TVS-x72XT 系列 TS-x73 TS-x77 TS 支援四種尺寸的 SATA M.2 SSD 可自由調度 Qtier 自動分層儲存與系統快取

13 內建 M.2 SSD SATA 插槽 TVS-x82 TS-x73U 453BT3 TS-1685 TVS-1282T 支援四種尺寸的 SATA M.2 SSD 可自由調度 Qtier 自動分層儲存與系統快取

14 內建 U.2 PCIe VMe 插槽 :TS-2888X 黑科技 U.2 VMe 上身 8 x 3.5 /2.5 SATA 6Gb/s HDD 插槽 4 x 2.5 U.2 VMe Gen3 x4 SSD 插槽使用 QDA-UMP 或 QDA-U2MP 即可立即新增高達 8 個 M VMe SSDs 16 x 2.5 SATA 6Gb/s SSD 插槽

15 QM2 全系列滿足不同擴充需求 M.2 SATA M.2 PCIe Gen 2 M.2 PCIe Gen 3 QM2-2S-220A QM2-2P-244A QM2-2P-344 QM2-2P-384 QM2-2S10G1TA QM2-2P10G1TA 支援 10GBASE-T 埠支援擴充 4 個 M.2 插槽 QM2-4S-240 QM2-4P-284 QM2-4P-342 QM2-4P-384

16 不只享受 SSD 更擁有 10GbE 高速傳輸 QM2-2P10G1TA 支援最多兩張 2280 PCIe VMe SSD (M-key), 單埠提供 Gen2 x2 頻寬 QM2-2S10G1TA 支援最多兩張 2280 SATA M.2 SSD, 單埠提供 6Gb/s 頻寬

17 第三方作業系統亦可使用黑科技搭載主動式散熱模組相容標準 PCIe 插槽最新 AQC-107S 感溫元件自我監控即時溫度, 調整靜音風扇高中低轉速半高 PCIe 擴充卡設計, 並附贈全高擋版 Linux & Windows 雙系統全力支援 QAP AS 不須安裝 Driver, Windows/Linux 系統請至官網下載網路 Driver 註 :M.2 SSD 相容性與功能支援視硬體平台而定, 請詢問您所使用的主機板廠商

18 不須浪費大容量硬碟插槽無須破壞原有儲存架構與配置儲存池可無痛升級為 Qtier 自動分層儲存池 QM2 SSD RAID 安裝高速 VMe 使用快取大容量硬碟槽 AS PC

2 2280 SATA 6Gb/s SSD Jmicron JMS562 SATA port multiplier (RAID 0/1,

19 . ATA 轉兩個 M.2 SATA 轉接盒 QDA-A2MAR 磁碟模式設定 SATA 6Gb/s JMS562 SATA 6Gb/s SSD 2 M SATA 6Gb/s SSD Jmicron JMS562 SATA port multiplier (RAID 0/1, JBOD, individual) SATA 6Gb/s M SATA 6Gb/s SSD SSD 1 SATA 6Gb/s 9.5mm 2 x M SATA 6Gb/s QDA 硬體 RAID 磁碟模式支援僅能透過硬體模式指播開關切換磁碟模式

20 U.2 VMe 轉 M.2 VMe 轉接盒 QDA-UMP U.2 PCIe VMe Gen3 x4 M PCIe VMe M PCIe VMe Gen3 x4 U.2 PCIe VMe Gen3 x4 QDA-U2MP U.2 PCIe VMe Gen3 x4 ASMedia 2812 SSD 1 M PCIe VMe Gen3 x4 M PCIe VMe Gen3 x4 SSD 2 Asmedia 2812 Gen3 PCIe switch 2 x M PCIe VMe Gen3 x4 U.2 PCIe VMe Gen3 x4

21 溫度對 SSD 使用壽命的影響 SSD 的使用壽命與溫度習習相關好的散熱機制, 有效降低 SSD 溫度, 可以延長 SSD 的使用壽命

22 高導熱金屬機身散熱設計鋁合金機身材質提供輕量化設計與比使用廉價鋁板或進階 SECC 鍍鋅鋼板的產品更好的 M.2 SSD 散熱效果, 並隨附適用單面與雙面 M.2 SSD 的散熱墊. 鋁合金上蓋鋁合金上蓋附贈 M.2 SSD 散熱墊 SGCC 鍍鋅鋼板底座鋁合金底座 QDA-A2MAR QDA-UMP & QDA-U2MP

23 智能冷卻機制 QAP AS 在內部機箱就有優良的散熱設計在軟體上也能主動檢測 SSD 溫度以提高系統風扇速度雙重機制藉以確保 SSD 溫度不過過熱

24 極緻散熱工藝 M.2 slots 主動式散熱智慧風扇隨卡片附贈散熱貼片有效降低 M.2 SSD 溫度 10GbE 10GBASE-T port 玫瑰金高效散熱鰭片

25 QAP SSD 軟體科技

26 什麼是 SSD 預留空間 (Over-provisioning) 256GB SSD 作為 Flash 記憶體, 應以 Gibibyte (GiB) 二進位計算原始容量, 每 GB 有 2^30 = 1,073,741,824 Bytes 但作為儲存裝置,SSD 以 Gigabyte (GB) 十進位回報容量, 每 GB 有 10^9 = 1,000,000,000 Bytes 也就是 SSD 每 GB 至少均有 73,741,824 Bytes (7.37%) 的自帶預留空間配置, 做為 Garbage Collection, 而企業級的 SSD 可能預留更多 SSD 實際容量 (GiB) SSD 標示容量 (GB) 238 GB 用戶使用區域製造商定義 OP % 實際內部 OP % 18 GB (7%) 製造商定義 OP 製造商可增加 OP 容量 AS 顯示容量 (GiB) 256 GiB 256 GB 0% 7% 238 GB 256 GiB 240 GB 7% 15% 223 GB 256 GiB 200 GB 28% 37% 186 GB

若是直接寫入資料, 將因同時包含有效和無效資料的區塊無法釋放空間而使資料無法被全部寫入新寫入資料 D D

27 預留空間 OP 如何影響 SSD 壽命與效能 1 在下圖簡化的範例中,SSD 總共有 4 個區塊, 包含一塊系統自帶的預留空間配置, 和三塊同時含有效和無效資料的區塊當 SSD 需要寫入新資料, 若是直接寫入資料, 將因同時包含有效和無效資料的區塊無法釋放空間而使資料無法被全部寫入新寫入資料 D D D D D D D D D 已存在資料無效資料 D D D D 預留配置空間 SSD 收到寫入需求直接寫入將導致無法寫完

28 預留空間 OP 如何影響 SSD 壽命與效能 2 要寫入資料,SSD 將需要行 Garbage Collection 的操作先將有效資料寫入到預留空間區塊這種寫入 Page 次數增加的問題, 稱之為寫入放大 (Write Amplification) WAF 寫入放大效應 = 寫入至 AD 位元數主機端寫入位元數寫入 6 個 Pages 需做 1 次 GC, 總計寫入 10 個 Pages 預留配置空間 ( 含無效資料 ) 因需保留 4 個預流配置空間 D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D SSD 收到寫入需求 ikipedia.org/wiki/write_amplification 移動需做 GC GC 後寫入資料

29 預留空間 OP 如何影響 SSD 壽命與效能 3 當預留更多空間, 將不需立即做 Garbage Collection, 可以直接寫入資料包含無效資料的預留空間, 將再透過 SSD Trim 指令回收 D D D D 預留配置空間 ( 含無效資料 ) 透過 SSD Trim 重新排列寫入 6 個 Pages 不需做 GC, 實際寫入次數同為 6 次 SSD 收到寫入需求不需 GC 直接寫入

OP on M600 0 10000 128G 256G 512G 1024G 1000 100 TBW 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Percent Filled 減少寫入放大 (WAF) 增加了

30 預留空間 OP 如何影響 SSD 壽命與效能 4 SSD 由於寫入放大 (Write Amplification) 問題, 持續效能將會降級當 SSD 具備更多的預留空間配置, 可有效減少寫入放大因需要寫入的總次數減少,SSD 的總可寫入資料量 (TBW) 也因此增加 WAF Percent Filled WAF vs. OP on M G 256G 512G 1024G TBW Percent Filled 減少寫入放大 (WAF) 增加了 SSD 壽命 (TBW) TBW vs. OP on M600 資料來源 :

QAP 軟體定義 SSD 外掛預留空間提升儲存性價比黑科技透過 QTS 系統, 使用者將可對 SSD RAID 指定 1~60% 的預留空間配置在 QAP 實驗室的測試報告中顯示, 消費者級的 Samsung 850 Pro 持續效能可逼近企業級 SSD, 達 50,000 IOPS, 在 SSD 壽命和持續寫入效能上帶來巨大優勢上圖 :Samsung 850

31 QAP 軟體定義 SSD 外掛預留空間提升儲存性價比黑科技透過 QTS 系統, 使用者將可對 SSD RAID 指定 1~60% 的預留空間配置在 QAP 實驗室的測試報告中顯示, 消費者級的 Samsung 850 Pro 持續效能可逼近企業級 SSD, 達 50,000 IOPS, 在 SSD 壽命和持續寫入效能上帶來巨大優勢上圖 :Samsung 850 單顆磁碟下圖 :Micron m1100 RAID 1 2*Micron M1100 RAID 1 Random Write IOPS with Dynamic OP 測試條件 : FIO configuration: runtime=1800 ioengine=libaio direct=1 rw=randwrite bs=4k numjobs=1 iodepth=32

32 選對 SSD 很困難, 選 QAP 很簡單企業管理者佈署 SSD 儲存最大的考量, 便是在於 SSD 效能能否達到期望解決的儲存效能瓶頸針對 SSD 的持續寫入效能,QAP 同步推出 SSD 分析工具, 量測不同 SSD 外掛預留空間的效能, 依應用情境建議最佳策略 IT 管理者可依應用情境快速判斷最佳預留空間部署策略

33 具智能感知, 智慧判別分層資料儲存空間與 SSD 快取效益兼具自由決定以 M.2 SSD 加速關鍵資料, 全面提升儲存性價比 Qtier 2.0 讀寫快取黑科技連續隨機應用層 I/O 智慧判別 HDD 空間 SSD 空間總容量 = SSD + 硬碟容量總容量 = 硬碟容量資料夾分層熱資料 & 即時 I/O 需求冷資料 & 停用 Qtier (Tier on Demand)

34 Tiering On Demand ( 選擇資料夾做自動分層 ) SSD 容量很貴, 選擇關鍵應用才划算針對個別共用資料夾或 LU 啟用 Qtier 黑科技熱資料 & 即時 IO 需求冷資料 & 停用 Qtier 資料

1 支援移除 Qtier SSD 分層, 讓 SSD 類型或分層的 RAID 類型直接進行變更移除 Qtier

SSD 上所有資料仍將保留, 待新的 SSD 容量升級完, 中繼資料 (Metadata) 移動會再移動至 SSD

35 QTS 支援重建 Qtier SSD 層讓 Qtier 容量快速升級黑科技現在 QTS 支援移除 Qtier SSD 分層, 讓 SSD 類型或分層的 RAID 類型直接進行變更移除 Qtier SSD 分層時, 將會把資料及儲存池中繼資料 (Metadata) 移動到高速及容量層, 並暫停儲存池的服務, 原 SSD 上所有資料仍將保留, 待新的 SSD 容量升級完, 中繼資料 (Metadata) 移動會再移動至 SSD 層儲存池空間 SSD RAID Usage Pool Metadata SAS HDD RAID Usage SSD RAID Usage Pool Metadata SATA HDD RAID Usage SSD RAID Usage

36 QTS 支援快取儲存應用改善 I/O 延遲允許全域快取加速磁碟存取的 IOPS 效能應用到全機或根據需求指定給需要的磁碟區 / LU 黑科技唯讀快取讀寫快取讀取寫入應用層 HDD 空間 SSD 空間總容量 = 硬碟容量

37 QTS SSD 全域快取 : 三種設定一次滿足全域快取 : 應用到全機或根據需求指定給需要的磁碟區 / LU 快取類型 : 唯讀快取將常用資料存放一份至快取做讀取加速讀寫快取不僅放置常用資料, 新寫入資料將暫存於 SSD 唯寫快取 SSD 僅會對新資料進行寫入加速可用 SSD:SATA SAS M.2 QM2 PCIe SSD 開啟讀寫快取運作原理快取在區塊層級運作, 應用程式端資料將先寫入 SSD, 而頻繁讀取的資料也將即時複製到 SSD 寫入寫入讀取讀取 IO 高需求應用程式效能 SSD 當 SSD 空間不足時, 則資料不過快取容量 HDD

38 導入唯寫快取 (Write-Only) 有效提高 SSD 應用的性價比唯寫快取為微軟提倡, 在使用全快閃儲存時, 再搭配高規格 PCIe 介面 SSD 重寫合併以提升壽命在特定應用下同樣可獲得高性價比 : Writes are cached Reads are OT 黑科技 1. 需要以高速傳入的檔案伺服器 2. 在資料存取種類上, 寫的部份顯然大於讀取部份的資料庫應用 ( 如 IOT 監控伺服器 ) 3. 寫入放大低, 壽命高的 SSD 與其他 SSD 混用如 Intel Optane V Me V Me SSD SSD SSD SSD 資料來源 :

39 無需停機的 SSD Cache 應用變更 SSD Cache RAID 組態, 無需中斷檔案傳輸服務升級為 Qtier 儲存池, 也無需中斷檔案傳輸服務黑科技 QM2 SSD RAID

SSD 快取與 Qtier 如何選擇 SSD 的效能在實際和應用情境搭配測試前難以得知, Qtier 和 SSD 快取即使效能相近仍各有優缺點, 有可能在使用後才發現另一種配置更為合適 : 1050 900 750 600 450 300 150 0 連續讀寫效能 (MB/s) 817 SSD 快取 831 830 820 Qtier 160000 140000 120000 100000

40 SSD 快取與 Qtier 如何選擇 SSD 的效能在實際和應用情境搭配測試前難以得知, Qtier 和 SSD 快取即使效能相近仍各有優缺點, 有可能在使用後才發現另一種配置更為合適 : 連續讀寫效能 (MB/s) 817 SSD 快取 Qtier 寫入讀取隨機讀寫效能 (IOPS) SSD 快取 Qtier SSD 快取即時存取效能加速 1. 適用於即時, 短期間的爆發存取需求, 如檔案協作及影像編輯伺服器 2. 可調整唯讀唯寫及 Bypass Block Size 對特定特徵做最大化利用, 如高速備份寫入完整使用 SSD 容量 Qtier 適用於有固定存取特徵的應用程式資料庫伺服器, 有效利用 SSD 空間 2. 搭配 Qtier 及時 IO-aware 同樣可適用於資料庫應用 TVS-872XT-i5-16G 搭配 QM2-2P10G1TA 及 Samsung SSD 960 pro 1TB M.2 VMe *2, RAID 1 做 SSD 快取及 Qtier, 同時進行網路與 SSD 傳輸

41 SSD 健康監控工具 QTS 會偵測 SSD 硬碟的各項指標, 並顯示 SSD 回報的預估剩餘使用壽命

42 SSD 可靠度主動通知機制黑科技當 SSD 剩餘壽命為 0 時, 並不意味著 SSD 不能再使用 QTS 系統將發出通知警告用戶系統日誌將通過電子郵件, 短信, 推送通知等進一步發送

43 SSD 功能支援列表 ATA/ATAPI 命令集也可用於識別 SSD 支援的功能, 包括 S.M.A.R.T. 監控,SSD 安全擦除,SSD Trim 和 Opal SED 加密

44 QAP x Samsung SSD SED 硬體加密技術黑科技 SED 加密引擎位於控制器 ASIC 內, 每個硬碟機都使用專用加密引擎加密硬碟機內建有管理功能, 加密金鑰不會離開硬碟機硬體運作加密不降低效能隨時停止 " 使用密碼上鎖 " 的功能 PSID 確保資料快速安全清除解決軟體加密的缺點資料相對不再重要時, 可以隨時停止使用密碼保護銷毀資料不再需要耗費龐大成本

45 QAP AS 搭配 SSD 儲存配置建議除了備份伺服器, 以 SSD 預留空間全域快取與自動分層, QAP AS 搭配 SSD 更可具備站上一線儲存, 成為企業儲存中堅. 使用情境檔案伺服器網站應用虛擬化儲存伺服器共同編輯影像作業工作站監控多端 Log 備份伺服器企業關鍵資料庫應用 SSD 佈署類型 Qtier Qtier SSD 讀寫快取 SSD 唯寫快取 SSD RAID SSD RAID 類型 SSD 外掛預留空間配置 RAID 6 RAID 10 RAID 5 RAID 10 RAID 10 10% 20% 20% 30% 30%

46 SSD 應用選擇 QAP 就對了快速安全便利

47 SSD 應用, 選擇 QAP 就對了快速設定 SSD OP 強化 SSD 持續寫入效能 3 種快取模式 : 唯讀唯寫讀寫 Qtier 自動分層加速 Qtier 重建加速 PCIe SSD 卡安全便利

48 SSD 應用, 選擇 QAP 就對了安全 SSD OP 延長 SSD 使用壽命 SED 加密健康監控可靠度通知快速便利

49 SSD 應用, 選擇 QAP 就對了便利可同時支援多個 Volume / LU 在線更換, 儲存服務不中斷 Qtier 智能感知自動分層 Qtier 指定目錄 / LU SSD 轉接座 PCIe SSD 卡快速安全

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