Стандарт SAS и что его ожидает в ближайшем будущем

SAS (Serial Attached SCSI) - это интерфейс последовательного подключения устройств хранения данных, предназначенный для повышения производительности, доступности и масштабируемости систем жестких дисков и ленточных накопителей. Также Serial Attached SCSI обеспечивает более высокую скорость передачи данных, оптимизирует внутреннее пространство хранилищ и сокращает линии соединения. SAS был разработан для замены параллельного интерфейса SCSI и базируется на наборах команд и терминологии SCSI.

SAS обратно совместим с интерфейсом SATA: устройства 3 Гбит/с и 6 Гбит/с SATA могут быть подключены к контроллеру SAS, но не наоборот. Это обусловлено схожестью портов дисков SAS и SATA на уровне разъемов и кабелей для подключения отдельных дисков. Современные диски SAS имеют два физических порта, что позволяет использовать их в структурах с повышенной отказоустойчивостью, например, в двухконтроллерных системах хранения данных.

Иными словами, ИТ-персонал может задействовать жесткие диски с SAS- и SATA-интерфейсами для удовлетворения требований емкости или производительности различных приложений. Такие системы отличаются хорошей гибкостью и делают выгодными инвестиции в устройства хранения - технология подключения SAS позволит сократить затраты на поддержку различных запоминающих устройств.

Рынок SAS

Основным рынком устройств SAS является сфера корпоративных и гипермасштабируемыех центров обработки данных. Такая популярность SAS обусловлена их более низкой стоимостью (примерно на 10%) по сравнению с SATA, а также повышением производительности серверов коммерческого уровня, в которых используются SAS.

Конкуренцию SAS составляют твердотельные накопители NVMe, которые также активно применяются в корпоративных ЦОДах и увеличивают долю рынка массивов all-flash (AFA). Однако архитектура ЦОДов, несмотря на такое вторжение, по-прежнему базируется на инфраструктуре SAS, что будет ее ключевой особенностью в обозримой перспективе.

Такой точки зрения придерживается аналитик IDC Джефф Янукович, который озвучил ее в своем выступлении на веб-семинаре SNIA о тенденциях в области хранения данных. Он подчеркнул, что шумиха вокруг NVMe - хотя и была оправданной - не умаляет доминирующей роли, которую продолжает играть SAS.

«Многие люди заглядывая в будущее думают о NVMe, но в SAS по-прежнему много инноваций», - сказал Янукович. «Большинство современных центров обработки данных, будь то очень большие или очень маленькие, используют RAID на основе SAS, чтобы обеспечить производительность и отказоустойчивость, необходимые для большинства сегодняшних корпоративных инфраструктур, работающих круглосуточно и без выходных».

И даже появление массивов all-flash, открывающих путь к NVMe, еще ни о чем не говорит. В традиционных и облачных центрах обработки данных львиная доля коммерчески хранимых эксабайт - 89%, если быть точным - находится не на корпоративных флеш-дисках, а на жестких дисках.

Данные представлены TrendFocus

Кроме того, максимальная часть всех этих дисков приходится на гипермасштабируемые центры обработки данных, а не на предприятия, и отмечается существенный рост объема эксабайтов, находящихся в гипермасштабируемых устройствах. Это, в свою очередь, означает начало огромного и устойчивого роста объемов генерации данных. И это хорошие новости для жестких дисков SAS.

Данные представлены TrendFocus

NVMe для HDD

Но, прежде чем продолжить рассмотрение перспектив SAS, стоит обратить внимание на возможности сценария NVMe.

NVMe (Non-Volatile Memory Express) - стандарт подключения накопителей, использующий шину PCI Express. Это первый протокол хранения, разработанный для использования преимуществ высокопроизводительных флэш-накопителей. Он был создан «с нуля», чтобы обеспечить малую задержку и высокую пропускную способность при доступе к флеш-накопителям. SSD-накопители с этим интерфейсом примерно в пять раз быстрее, чем твердотельные накопители с интерфейсом SATA, и в 50 раз быстрее SATA-дисков.

Контроллер NVMe способен передавать в процессор данные, хранящиеся на твердотельных накопителях, через 65 536 параллельных очередей управления, каждая из которых может содержать более 65 536 команд. Это большой шаг вперед по сравнению с интерфейсами SATA и Serial Attached SCSI (SAS), которые могут использовать только одну очередь, поддерживающую до 32 и 254 команд соответственно.

Кроме того, NVMe обеспечивает вдвое больше операций ввода-вывода в секунду на процессор по сравнению с SAS или SATA и со значительно меньшей (приблизительно вдвое) задержкой.

Однако и NVMe-устройства неидеальны. Они пока еще дороже и в обозримом будущем, например, будет экономически невыгодно применять NVMe SSD для хранения больших объемов данных. Недостаточный уровень поддержки этого интерфейса в старых системах хранения не дает возможность их модернизировать с помощью новых накопителей. Для ПК с NVMe обычно применяют устройства в формате M.2, что ограничивает выбор дисков по сравнению с другими решениями.

Таким образом, несмотря на то, что NVMe для жестких дисков является мощной концепцией - подумайте о массовом параллелизме, который NVMe может обеспечить для жестких дисков с несколькими исполнительными механизмами большой емкости, - перед ней стоит ряд технических и практических проблем.

Технические характеристики SAS

В 2004 году был разработан и представлен интерфейс SAS-1 (3,0 Гбит/с).

SAS имеет следующие технические характеристики:

• устройства SAS оснащены двумя портами, что позволяет использовать двухдоменный SAS;
• контроллеры SAS могут подключаться с помощью бэкплейн SATA;
• SAS может вместить более 65 000 устройств благодаря использованию экспандеров, предлагая значительно более высокую пропускную способность, чем SATA.

В настоящее время разрабатывается спецификация SAS-4 (24G или 22,5 Гбит/с), которая утверждена и подлежит тестированию и развертыванию.

Стандарт 24G

Разработка стандарта SAS 24 Гбит/с была предложена торговой ассоциацией SCSI, которая создает интерфейсы для систем хранения данных повышенной надежности и производительности. Решение этих задач напрямую зависит от шагов по улучшению SAS.

Особенностями интерфейса 24G станут высокая скорость обмена, доходящая в теории до 3 Гбайт/с, удвоение пропускной способности (по сравнению с нынешними 12 Гбит/с) а также применение полностью нового механизма кодирования с использованием 128/150 битных ключей, 20-битного механизма коррекции ошибок без повторной передачи данных и других новшеств. В частности, будет обновлен разъем интерфейса, но обратная совместимость будет сохранена.

Кроме того, интерфейс SAS 24 Гбит/с предполагает также широкое использование накопителей в формате жестких дисков, которые еще долгое время останутся востребованными в серверных системах хранения данных и в системах для выполнения критически важных задач.

Стандарт будет совместим с 12G SAS (и 6G SAS/SATA), создан для обеспечения надежности предприятия и предложит «гораздо больше возможностей для инноваций в стеке SCSI», - говорит Куципал. По его прогнозам, новые технологии, такие как SMR и мульти-актуаторный привод, «станут популярными в 24G».

Тестирование 24G запланировано в этом году, а развертывание на уровне системы намечено на 2022 год.

Value SAS

Еще одна относительно недавняя разработка SAS - это появление Value SAS (vSAS) для твердотельных накопителей. vSAS позволяют повысить производительность приложений с высокой интенсивностью чтения данных и оптимально подходят для кэширования операций чтения, социальных сетей и рабочих нагрузок веб-серверов. Они обладают многими преимуществами SAS, стремясь при этом обеспечить цены, близкие к паритету с корпоративными SATA. Чтобы добиться более низкой цены, производители удалили поддержку двух портов и поле целостности данных T10, уменьшив при этом размер сектора до максимального значения 512 байт.

По словам Мэтта Огла, менеджера по маркетингу устройств хранения Dell PowerEdge, «Value SAS представляет собой новое решение SAS, которое сочетает более высокую производительность и надежность с низкой стоимостью дисков SATA».

К этому мнению присоединяется Джефф Янукович из IDC: «Когда мы смотрим на SATA, то отмечаем, что он действительно достиг пика производительности, и в будущем не запланировано никаких улучшений скорости, кроме того показателя, на котором мы сейчас находимся». Поэтому Value SAS предлагает жизнеспособный вариант для тех случаев, когда максимальная производительность не важна, но где операторы центров обработки данных предпочли бы преимущества SAS перед SATA.

Бретт Кэмерон из KIOXIA и SCSI Trade Association (STA) идет еще дальше, делая совсем неутешительные прогнозы для твердотельных накопителей SATA. «В KIOXIA мы проводим кампанию под названием «Жизнь после SATA», которая предполагает использование SSD-дисков с Value SAS», - заявляет он.

Конечно, этот лозунг можно будет применять только в отдаленной перспективе. Даже если из-за vSAS сократится спрос на твердотельные накопители с интерфейсом SATA, в действительности доля твердотельных накопителей с интерфейсом SATA/SAS на мировом рынке серверов все-таки останется, но составит менее 5%.

Взгляд в будущее

Если рассматривать ситуацию в отрыве от перспектив SATA или SAS SSD, то можно заметить, что повышение производительности NVMe способно привести к расширению рынка массивов all-flash и к использованию протокола флэш-памяти.

По мнению представителя Intel Джона Майкла Хэндса потребуется всего несколько лет, чтобы NVMe стал преемником SAS в корпоративном хранилище для систем высокой доступности. «Мы уже видим его на высшем уровне, и я думаю, что это только вопрос времени, когда он станет массовым», - сказал он на вебинаре STA.

«Вы видели, как лидеры отрасли, такие как Dell EMC, уже внедрили свои высокопроизводительные корпоративные массивы хранения, так же как PowerMax, на NVMe», - говорит Хэндс. «У вас есть поставщики флеш-массивов, такие как Pure Storage и другие, которые занимаются NVMe».

Реальная ситуация, конечно, не ясна, но нет сомнений в том, что AFA на основе NVMe продолжат завоевывать главные позиции в корпоративных центрах обработки данных; некоторые аналитики, такие как Энрико Синьоретти, в конечном итоге считают, что небольшие центры обработки данных полностью перейдут на использование флэш-носителей.

«Совершенно очевидно, что платформы на базе SSD и NVMe будут продолжать развиваться в ближайшие годы, поскольку развертывание нового оборудования лучше оптимизировано с учетом сегодняшних потребностей, а периферийные приложения вытесняют устаревшие», - говорит Стивен Баклер, главный операционный директор Horizon Technology. - «В то же время я бы не сбрасывал со счетов HDD. Помните, что наращивание емкости NAND требует больших затрат. В конечном счете, многое будет зависеть от разработки производителями дисков технологии HAMR для поддержки своих планов по созданию дисков действительно большой емкости».

Заключение

Перспектива увеличения объемов данных в геометрической прогрессии делает жесткие диски в центрах обработки данных по-прежнему востребованными в качестве основного носителя для хранения информации. Однако существует вероятность того, что наряду с испытанным и протестированным интерфейсом SAS будет использоваться NVMe для жестких дисков.

Для получения информации о ценах твердотельных накопителей свяжитесь с командой экспертов Сервер Гейт. Мы предлагаем решения, которые удовлетворят ваши потребности и превзойдут ваши ожидания.