Dostor總編?宋家雨（左）與Dostor客座技術(shù)顧問李炫輝（右）
宋家雨： 今天我們的話題是閃存顆粒跟企業(yè)級應用的關(guān)系，因為李總是我特邀的嘉賓，李總本人是Greenliant公司副總裁，是做控制器的公司，所以對閃存顆粒有非常深的研究。所以先請李總給我們介紹一下，閃存顆粒確實是比較底層的技術(shù)，對企業(yè)來說我們要關(guān)心這么細的技術(shù)嗎？
李炫輝：閃存技術(shù)的應用從90年代發(fā)明之后，然后開始在消費市場里面使用，但是在企業(yè)級市場來使用的話，實際上只是在最近短短三四年時間里面，意味著什么？意味著這個技術(shù)并沒有完全得到企業(yè)級市場的成熟驗證。然后有句歇后語叫沙灘上蓋樓房——基礎(chǔ)不好。對企業(yè)級而言閃存顆粒就是它的地基，如果我們不了解地基的特性在上面搭建企業(yè)級的存儲架構(gòu)可能就會有一些風險。
宋家雨：能不能再稍微跟我們講講我們說來說去的這些顆粒到底指什么？因為我們在上層確實對底層缺乏了解。您也說到沙灘上蓋樓的問題，講講顆粒吧。
李炫輝：實際上閃存顆粒和沙子有關(guān)系。通過一些工藝手段，利用晶元把它變成非意識性的存儲的產(chǎn)品，這個產(chǎn)品我們看到最原始的是一個晶元，我們要在上面切割，切割出一個一個物理顆粒，就是我們俗稱的閃存顆粒。
宋家雨：陣列、盤，或者閃存卡，盤也好，卡也好，組成存儲的就是這些顆粒來組成的，構(gòu)成我們的產(chǎn)品，讓我們存儲我們的數(shù)據(jù)。關(guān)于閃存顆粒來講，因為我們一般可能關(guān)注的是最終的系統(tǒng)和應用。如果說我們還要關(guān)注顆粒那我們應該關(guān)注哪些特性？
李炫輝：對用戶而言不管最底層的顆?；蛘呦到y(tǒng)怎么樣，我只知道它能夠提供我所需要的特性就可以了。但是閃存和其他的介質(zhì)不太一樣，可能今天的很多友商都在談怎么樣利用閃存搭建自己的閃存系統(tǒng)，或者說一些閃存的解決方案。但是由于閃存的特定的物理特性，因為閃存應用時間比較短，有沒有人碰到過閃存的性能衰減的問題？也就是說閃存性能是非常高，比現(xiàn)在的磁盤性能高很多，但是長期適用過程中它會帶來老化以及錯誤率增加，這都會帶來后期閃存產(chǎn)品的性能下降。那么這就給企業(yè)級應用帶來一個困惑，當我去做企業(yè)級應用的性能規(guī)劃的時候，我應該是按照最初的性能規(guī)劃還是按照衰減后的性能規(guī)劃？因為原來我的系統(tǒng)需要支持比如20萬人的并發(fā)，如果說采用閃存也許用三四年，閃存性能只能支持到10人的并發(fā)，這怎么辦？這對企業(yè)應用是一個致命的風險。
我再舉一個例子，我們還碰到一個用戶的案例，有一個用戶也用了一個閃存產(chǎn)品。但是突然有一天他們發(fā)現(xiàn)他們的系統(tǒng)重啟，沒有任何的原因。最后他們?nèi)ズ烷W存廠商溝通以后，對方提出的結(jié)果是什么？說由于太空輻射造成了閃存的電位翻轉(zhuǎn)引起的這個問題。當然這個在做系統(tǒng)的時候應該要考慮到，但是對企業(yè)級用戶來講這也是一個可能的風險。
宋家雨：磁介質(zhì)也有風險，各種各樣的風險。那怎么樣應對這些風險呢？您剛才提出的問題您按什么設(shè)計？按衰減后的設(shè)計還是最初的設(shè)計？您的觀點是什么？
李炫輝：我的觀點是從企業(yè)級產(chǎn)品的角度而言不同的產(chǎn)品設(shè)計的應用場景是不一樣的，這也就是為什么說我們作為企業(yè)級應用要去了解這種介質(zhì)的一些特性，然后它所對應的一些產(chǎn)品的一些需求。比如說我們是應該用TLC顆粒還是LBC的顆粒？我們要去做一些判斷。因為這個市場上系統(tǒng)級競爭過于激烈，這給系統(tǒng)廠商帶來了一個壓力，所謂壓力就是如果我價格比別人貴我可能賣不出去。因此他們可能更關(guān)注的在于經(jīng)濟性的角度，這可能會帶來說對企業(yè)級應用的適配的錯位。這也就是為什么大家在談海外購的問題，我們知道我們出國之后很多東西在國內(nèi)可以買到，為什么我們要買國外的東西？
宋家雨：因為便宜。剛才說到性能衰減，還有一種情況就是性能抖動這樣的一些事情，其實對企業(yè)級的應用的質(zhì)量帶來一些困擾和困惑。針對這些問題可能也有一些設(shè)計，在系統(tǒng)設(shè)計或者在盤或者卡的設(shè)計中有一些應用辦法，我們常聽的一個詞叫OP，它的含義和起到的作用是什么？
李炫輝：OP我們俗稱叫過度配置，當我們買一個閃存盤，它標成是400GB的閃存盤，但是它真實的裸容量可能是420GB，甚至是500GB五，但是用戶用到的可能是400GB，為什么有這樣的預留空間？其實有兩個考慮。第一個是閃存顆粒出廠就會有壞塊，它會有比如1%、2%的壞塊率，這些壞塊需要用好的顆粒替代，那么我們就要預留空間，使用過程中發(fā)現(xiàn)壞塊然后替代。并且使用過程中出現(xiàn)新的壞塊也要用這個替代，壞塊替代，OP的一個作用。
第二個作用是因為閃存本身的特性，它是4K的寫，但是一個模塊就是幾十照B的擦除，這里會存在放大的問題，會產(chǎn)生比如我只是一個IO寫入閃存，但是最后在閃存顆粒里面產(chǎn)生了幾十個IO。閃存特性是擦寫次數(shù)限制，我有足夠OP可以先把這些IO寫到空白區(qū)，然后再回來擦寫，這樣可以延長它的壽命。
宋家雨：有人希望他自己來控制，他就把OP完全釋放了，這樣他能追求更好的性價比。
李炫輝：實際上這樣也是可以的。但是這對用戶的技術(shù)、能力有非常高的要求。并且還有一個前提就是它這個應用的數(shù)據(jù)訪問模型一定不能有任何變化，只要有一個變化可能就會造成一個災難。
宋家雨：我們希望我們作為企業(yè)用戶做系統(tǒng)的時候了解到的技術(shù)。還有一個話題想分享一下，實際上剛才講到抖動、性能、數(shù)據(jù)丟失等等。實際上很多人有疑惑，在消費端我們用的CF卡好象質(zhì)量非常好，企業(yè)級顆粒和消費級顆粒有什么區(qū)別？
李炫輝：完全不一樣，因為質(zhì)量標準以及檢測手段，企業(yè)級要更加嚴格。原因是什么？消費類，比如我們有一個CF卡，比如U盤。大家可以想想你在這種設(shè)備上你究竟會做多少次讀寫？幾年可能也就是十幾次的擦寫。而到數(shù)據(jù)中心級是24小時連續(xù)的擦寫操作，這個實際上會有很大的差異性。并且我們也有一些人很好奇，拿了一個消費類盤進行連續(xù)擦寫，一個興趣就掛了，這是不同的應用場景，這也是由顆粒質(zhì)量所決定的。
宋家雨：我剛才說的寫是寫滿，如果是U盤的話把它寫滿看能寫多少次。咱們一般來講這樣的盤寫滿機會并不多，寫很多次也不多，但是企業(yè)級不是這樣的狀況，它是7×24小時不斷擦寫。所以關(guān)于顆粒這塊我們要了解到一個是顆粒特性，另外是顆粒的擦寫的方式。
李炫輝：另外我想補充一點，就是關(guān)于數(shù)據(jù)的持久性保存，因為當有一個磁盤系統(tǒng)上面存了數(shù)據(jù)之后我在斷電之后可以斷電一個月、兩個月甚至一年，我在重新啟動的時候上面的數(shù)據(jù)是不會錯誤的，我仍然還可以讀出，這是由磁介質(zhì)特性決定的。但是如果將一個設(shè)備存在現(xiàn)在的閃存盤上，長時間斷電情況下就有可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的問題，因為閃存是靠電驅(qū)動，長時間沒有外部供電會出現(xiàn)電位丟失就會出錯。當我們應用的在企業(yè)級環(huán)境里邊，當存在這樣的特殊情況我們要考慮到數(shù)據(jù)的保持性。
宋家雨：說到顆粒很多用戶會關(guān)心耐讀、耐寫，關(guān)于寫壽命問題可能大家會很擔心。這方面應該怎么看？
李炫輝：顆粒的寫壽命也是一個物理性指標。這個也是一個統(tǒng)計出來的數(shù)據(jù)，就是說每一個顆?？刹翆懙拇螖?shù)實際上是有限的，大概是在什么范圍里？比如現(xiàn)在比較流行的MLC，它的擦寫范圍是3500到5000次。比如像SLC，從原來的10萬次衰減到大概8到9萬次，這個是擦寫次數(shù)物理的限制。因此這個里面還要考慮到我們在企業(yè)級應用里邊寫入的壓力大概會有多大，我們會希望這個設(shè)備能使用多久，也會要考慮到這樣的一些底層的顆粒的指標。
宋家雨：因為時間關(guān)系，我們還是準備了一些話題的。對于顆粒大家有什么話題想交流？
嘉賓提問環(huán)節(jié)
嘉賓：當數(shù)據(jù)下到盤的時候，盤為了降低CATCH會不會把這個數(shù)據(jù)看起來？如果看起來這時候突然斷電了，這個數(shù)據(jù)會不會丟？會有什么技術(shù)保證這點？
李炫輝：這是做閃存技術(shù)里面首要要考慮的問題，所有的數(shù)據(jù)如果直接落到顆粒上對它的磨損很嚴重，如果用CATCH之后怎么保持數(shù)據(jù)在斷電情況下不丟失?；舅械钠髽I(yè)級產(chǎn)品都會用CATCH，因為要保證壽命問題，為了保證不丟失往往采用滿載電池供電方式進行持久化維持，并且不同廠商設(shè)置的機制不一樣。因為我們知道原來我們的CATCH控制器里也有CATCH，但是電池會支持24小時，超過24小時數(shù)據(jù)可能會丟了，因為它是在CATCH里面的。但是在閃存設(shè)計里面有的是采用這種方式，還是維持在CATCH里面，真的撐不住了可能會丟掉。還有當電路偵測到外部停止供電之后我會把CATCH的數(shù)據(jù)寫回到顆粒，當下一次再啟動的時候，會把原來的CATCH數(shù)據(jù)返回到CATCH里面。這個時候這里面不同的產(chǎn)品里面可能就會有一些感覺，你會發(fā)現(xiàn)有的閃存卡掉電之后，再加載啟動的時候過幾分鐘才可以用，不是馬上可用的，所以會帶來意外斷電的保護機制，這也是每個廠商都有自己的專門的設(shè)計的專利。
宋家雨：CATCH是不是越大越好？
李炫輝：因為64照B或者8GB，小B的環(huán)境下CATCH的命中率和優(yōu)化空間其實都是在設(shè)計過程中要算的，并且我們知道CATCH都是LPDUR做的，如果CATCH大的，滿載功耗就會很大，散熱量很大，對穩(wěn)定性還會有反面影響。這個要通過計算，在芯片設(shè)計過程中就要考慮的。
嘉賓：如果對于寫操作來講，在SSD盤里面有沒有CATCH對性能影響多大，對SPD影響肯定會非常大。如果是只寫的情況，即便是SSD讀的時間也比寫的時候高很多，差別是來自于SSD盤的CATCH，如果CATCH可以關(guān)掉，對外宣傳延遲或者RPS會有很大差異。
李炫輝：一般來講存儲有一個關(guān)鍵指標叫延遲，如果說我們不要CATCH的話，它的延遲會好，因為它要在中間，在CATCH轉(zhuǎn)一層做合并，這時候它的延遲會長一些。但是如果把CATCH拿掉，直接寫，會看到你的延遲很好。但是長時間情況下你的耐久性會差，你對顆粒磨損很嚴重，會很快壞掉，產(chǎn)生大量壞塊，所以要做折中，究竟產(chǎn)品用在什么場景里。大塊IO也一樣會，因為大塊IO寫入，上層還是要根據(jù)空白塊來做你的IO分配，也就是早期你會看到它的性能很快，但是慢慢慢慢快充滿的時候，你的連續(xù)塊就會越來越少，這時候性能一下就掉下來了。
嘉賓：您剛才提到閃存顆粒用時間久了性能衰退會存在，衰退弧度是什么？
李炫輝：每個廠商都不一樣。
嘉賓：大概呢？
李炫輝：大的有一半以上的，這個衰退要從幾個層面設(shè)計的。第一個你是否考慮留更多的OP，OP越大性能差距越小，OP大了你的成本就高了。第二個問題你的架構(gòu)設(shè)計，因為性能衰減還有一塊是后期錯誤率搞了，你要矯驗做恢復，你的矯驗處理能力能不能達到？校驗一般用引擎處理，要么用很強大的引擎，或者用更多的矯驗引擎處理，這里也帶來發(fā)熱量、成本問題，所有設(shè)計都要考慮一個綜合的設(shè)計。有的時候真的是一分價錢一分貨?，F(xiàn)在出來閃存的系統(tǒng)廠商非常多，國內(nèi)就進入了低價競爭的態(tài)勢，而用戶又往往無法區(qū)分這個產(chǎn)品到底如何。因為剛開始的時候會覺得都一樣，但只有使用過一段時間才會有差異，那么那時候可能已經(jīng)晚了。
嘉賓：這個問題不見得只和介質(zhì)顆粒有關(guān)系，可能還可控制有問題。問題是這樣，比如我們拿著某一個廠商的SSD盤做一個只讀的測試，比如32K的，盤上的時間大概是0.2幾個毫秒，但是在這個系統(tǒng)里如果進行一些管理命令，還不知道哪些命令引起的，這些延遲有可能跳到200個毫秒的量級上來。哪種操作可能會引發(fā)這么大量的延遲增加？不確定哪種指令引發(fā)的，從您的觀點來看是不是哪些指令會引發(fā)？
?李炫輝：會。因為閃存底層有一些隊列機制，這個隊列機制實際上會影響到它的性能，比如我們知道我可以在我的硬件上生成16個隊列、34、62個隊列。我隊列越多我的好處是什么？我的好處是我可以在高并發(fā)情況下，整個上層應用的延遲比較少，我可以處理更多的任務(wù)，但是隊列多也帶來一個問題，當我的并發(fā)不足的時候，你會產(chǎn)生一個隊列不能充滿，而下層閃存取數(shù)據(jù)的時候，當一個隊列被充滿的時候會有一個門鈴機制，到一個隊列滿了會按一下門鈴，下頭底層處理器就知道你的數(shù)據(jù)滿了，就取體的數(shù)據(jù)，放在底層的顆粒上，但是不滿的情況下會出現(xiàn)一個等待超時，如果你一直不按門鈴，我底層去做了一個設(shè)計，說我要等到比如20毫秒，你沒按，那我就去看看，有沒有數(shù)據(jù)我都取走，這時候可能會存在突然高的延時。并且在閃存底層的設(shè)計往往比較專用的架構(gòu)每一家都不一樣，所以你就會看到在不同的場景里面，同樣大家都是閃存可能表現(xiàn)的現(xiàn)象就不一樣。
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