SSD节能秘诀

张 粤

传统的硬盘主要由一个或数个圆形的带磁性的盘片及若干个磁头组成。盘片高速旋转,转速最高可达每分钟15000转。磁头读取盘片上的磁性信号。传统的硬盘中有两个马达,盘片的旋转需要盘片马达带动,磁头的移动需要寻道马达带动。在一次随机的数据访问过程中,硬盘首先要驱动磁头移动到数据所在的磁道上,然后等待磁盘旋转将该磁道数据送到磁头的位置。这种机械结构导致了传统硬盘存在两个缺陷,即能耗高和读写性能低。

如果有一种硬盘,可以比目前的机械硬盘处理更多的读写请求,而且消耗电力更少那该有多好。固态硬盘(Solid State Disk,SSD)应运而生。

杜绝机械动作减少电耗

传统硬盘是靠马达带动盘片做高速旋转,然后用磁头读取盘片上的磁性信号。马达需要消耗很多电力。服务器级别的硬盘的转速可以达到每分钟15000转。FC硬盘在工作状态下的功耗可以达到17W~20W,待机功率也超过12W。而SSD内部只是芯片,功耗比较小。目前,典型的SSD工作状态下的功耗是2W左右,待机功耗小于0.1W。

一个磁盘阵列上往往会有几十甚至上百块硬盘在运转,如果全部采用SSD,节约的电量非常可观。以配备100块FC硬盘的阵列为例,其功耗范围为3000W~3500W,而采用SSD后,不仅硬盘本身的功耗能降低1500W,阵列的风扇、电源转换损耗等也会随之下降,最终使得整体功耗至少下降2000W。

减少突发功率降低电耗

只有当盘片旋转速度达到特定值时,传统硬盘才能正常工作。如果处于待机状态的传统硬盘要切换到工作状态,就必须进行电机加速,这时硬盘的最大输入电流会达到正常工作状态的3倍,而且持续时间比较长,约需要30秒。也就是说,硬盘需要等待30秒,才能进行正常的读写操作。

另外,当磁头需要移动到盘片的指定区域读写数据时,磁头臂也需要进行移动,这个动作的时间虽然很短,只有几毫秒,但是需要的电流非常大,通常为硬盘正常工作时电流的两倍以上。特别是在组成RAID组的磁盘阵列中,一次主机读写就会触发RAID组中多个硬盘同时移动磁头臂,累加在一起的电流非常大。如果系统处理不好,这样的大电流可能会导致电源输出的电压下降,从而引起系统复位。要解决这个问题,就要加大电源的设计容量,因此会带来额外的开销,也会消耗更多材料。

SSD硬盘不会出现突发大电流的情况,启动电流与工作电流基本一致。因此,使用SSD的阵列,电源不必做额外的功率设计,还能减少材料的消耗。SSD从待机状态切换到工作状态所需的时间很短,因而可以更频繁地将SSD切换到待机状态,从而节约更多的电能。

读写性能提高数十倍

硬盘在进行随机读写时需要把磁头不断地移来移去,导致效率低下。现在最快的机械硬盘的磁头平均移动时间是5ms,也就是说1秒钟内磁头最多移动200次,即最多处理200个随机读写请求。

SSD没有磁头,省去了机械操作的时间。SSD要做的只是计算一下数据存放在哪块Flash芯片的哪个位置,然后再对该位置进行读写。目前,典型的SSD每秒最多可进行16000次随机读写,是传统硬盘的80倍。一般来说,在高随机读写的使用环境下,1个SSD可以当30个传统硬盘来使用。网站服务器、数据库服务器和文件服务器对随机读写的性能要求很高,SSD可以更好地满足上述应用需求。

SSD与机械硬盘双剑合璧

SSD有什么不足之处呢?主要是价格问题。由于Flash芯片的价格居高不下,导致SSD的价格是传统硬盘的几倍甚至几十倍。目前,SSD主要应用于小容量、高随机读写需求的场合。

SSD性能好、能耗低,但是价格比较高。机械硬盘虽然性能低、能耗高,但是容量大,价格也很便宜。用户可以将两者结合起来使用,实现高性能和低成本的完美结合。例如,对于数据库应用来说,一般可分为表索引区和数据区,表索引区的访问频率很高,而数据区相对低得多。用户可以把表索引区划分给SSD,数据区划分给机械硬盘,从而实现更佳的性价比与能效比。

华为赛门铁克公司的S5000系列产品可以支持SSD与机械硬盘的混合使用,充分满足高性能、大容量的需求,在节能降耗的同时,更好地保护用户的初期投资。