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HDD和SSD:在固态世界中，硬盘还有空间吗?
尽管SSD和HDD的速度有很大的不同，但在可预见的未来，硬盘将在我们日益增长的固态甚至以dram为中心的数据中心占据一席之地。
硬盘驱动器很难让人喜欢。这台有60年历史的设备速度很慢，访问数据也很笨拙，但它存储大量数据的价格是难以超越的。从上个十年中期开始，固态硬盘的拥护者就认为固态硬盘完全可以取代硬盘在接下来的几年里。然而现在已经是2017年了，HDD和SSD的争论还在继续。在个人电脑和服务器中，HDD仍然比ssd发挥着更大的作用，而且HDD的出货量也没有比2005年的水平低多少。
为什么没有flash SSD占领市场?简而言之，这是因为更换硬盘并不是如何使最好地利用SSD技术. 图1显示了符合整洁层次结构的连续内存和存储。HDD和SSD技术在这一层次结构中扮演着重要但不是唯一的角色。让我们浏览这个连续体，并进行详细分析，以了解原因。
图表横轴表示每千兆字节的价格，纵轴表示带宽。坐标轴的数量级为103.= 1,000, 104= 10,000等等——帮助使最大和最小的值清晰可见。
在左下角，我们有磁带，最慢和最便宜的元素仍然在使用。在右上角我们有L1缓存是系统中最快、最贵的内存。在这中间，从左到右是硬盘;SSD,标记NAND这图;动态随机存取存储器(DRAM);然后是其他不同的缓存级别。只要每个球比下面的球快，比上面的球慢，比右边的球便宜，比左边的球贵，所有的东西就能整齐地组合在一起。
内存存储层次结构使用算法自动将热数据移到该层次结构中速度更快、成本更高的元素中，将冷数据移到速度更慢、成本更低的元素中。这是在缓存- dram接口和在不同级别上由缓存管理逻辑执行的。dram存储接口(无论是HDD还是SSD-NAND)由请求分页操作系统管理，这是实现虚拟内存的方式。ssd是相对较新的元素，因此缓存软件而不是操作系统管理SSD-HDD接口。大多数系统不会自动管理磁带和硬盘之间的数据。
为了优化系统的价格/性能，IT经理必须平衡他们使用的每个内存或存储元素的数量。如果他们提供太多的这些元素，价格就会高于必要的水平。如果它们使用得太少，那么性能就会受到影响。
使用SSD降低DRAM要求
由于DRAM和HDD之间的速度差（约为100万比1）很大，系统管理员通常会增加系统的DRAM以抵消HDD延迟。自从廉价SSD推出以来，这种方法已经失去了吸引力。这些系统管理员已经了解到，在相同的价格下，SSD比更大的DRAM具有更大的优势。换句话说，他们使用SSD，不是为了取代HDD，而是为了减少DRAM的使用．
HDD与SSD：闪存云模型
一些设施已经转向了闪云模式，云被用于冷藏。这将如何改变定价模式?由于云延迟比硬盘延迟慢得多，这种方法似乎不适合图1中的存储-内存层次结构。通过在云之前插入本地硬盘存储，用户应该能够使用SSD + HDD +云配置，以更低的价格实现与全闪存+云系统相同的性能，就像SSD让用户减少动态RAM的使用一样。这是一个平衡资源的简单例子。
云存储同时，它主要基于HDD，因此HDD尚未从内存存储层次结构中消除。它们只是从一个设施转移到另一个设施，延迟更长，管理不同，成本可能更高。
我会用数学来解释这个令人费解的发现。根据经验法则，我们假设DRAM的速度是SSD的1000倍，SSD的速度是HDD的1000倍。此外，让我们假设100美元可以买到10倍于DRAM的基于nand的SSD。
软件以类似于钟形曲线的方式访问内存存储层次结构；某些字节将在短时间内频繁访问，而其他字节的访问频率要低得多。图2是这方面的说明。
图3中的黄色框表示该图表中DRAM的基本数量。窄分布软件利用这个相对较小的DRAM来表现良好，但宽分布软件需要更多的DRAM才能充分发挥其优势。
在图4中，使用两倍的DRAM数量，我们覆盖了窄分布的绝大多数访问，但为宽分布留下了大量访问。如果没有SSD，每一次访问都将遭受上百万次的访问损失。
与其将DRAM翻一番，不如让我们探讨一下，当我们在图表中添加价值相同的SSD存储时会发生什么。在图5中，第二个黄色框比其中一个DRAM框宽得多，因为在给定的美元金额下，您可以购买比DRAM多10倍千兆字节的SSD存储容量，尽管价格很低慢的速度．
这种配置几乎可以满足窄分布程序和宽分布程序的所有访问，而百万次的惩罚仅针对最小百分比的访问。这种机制使SSD在这些系统中成为比DRAM更好的选择。
我们用一些数字来表示。使用最小的DRAM量，可以满足约55%的窄分布的访问。即单个DRAM盒中图3黑色曲线下的面积。当您将DRAM增加一倍时，您可以满足大约90%的窄分布的访问，如图4中两个DRAM框中黑色曲线下方的区域所示。如果我们决定不把额外的DRAM,而是添加一个SSD成本相同数量的额外的DRAM,那么只有1%的访问需要去硬盘——由黑色曲线下的面积表示在图5中,超出两盒。
表1考虑了所有这些因素，计算了内存存储层次结构中HDD、SSD和DRAM部分的平均延迟。延迟数字是基于DRAM的延迟:SSD的103.延迟是DRAM的1000倍，硬盘的10倍6延迟是DRAM的一百万倍。
把RAM翻倍可以满足90%的访问，只有10%的访问会有硬盘上百万倍的延迟。这听起来很不错，但上百万倍的延迟代价有巨大的影响，导致系统的平均延迟约为硬盘的十分之一，或105．也就是说，系统的总体平均时延接近DRAM的10万倍。
使用ssd而不是额外的DRAM，则DRAM满足了55%的访问，另外44%满足了1000倍DRAM的延迟，只有1%承受了百万倍的惩罚。其结果是平均延迟是纯dram系统的十分之一，或大约104．
您可以看到，广泛分发软件的百分比将从使用SSD中获得更大的好处，因为大型DRAM在所有访问中所占的百分比要小得多。
很难确定软件的分布范围是广还是窄，所以大多数系统管理员只是用不同数量的分布来尝试他们的系统DRAM和SSD存储，看看什么提供了最好的价格/性能。
这是SSD在服务器和存储方面发挥作用的地方——不是作为HDD的替代品，而是作为一种存储方式说服更多的性能比使用更大数量的DRAM所能做到的还要多。越来越多的系统管理员正在学习这一点，将焦点从硬盘vs. SSD转移到SSD vs. DRAM。
最好的系统不会在内存存储层次结构中提供太多的任何一个元素，而是平衡它们以获得最佳的价格/性能。
TCO的论点
上述论点只适用于业绩与资本成本。从总拥有成本(TCO)的角度来看，支持ssd也有很好的理由。你可以使用成本模型计算TCO，通常是像存储网络行业协会(Storage Networking Industry Association)提供的免费Excel电子表格。
SSD降低了系统电源和冷却要求，在某些情况下，还降低了维护成本。在资本支出和运营预算属于同一管理范畴的设施中，这将平衡SSD。这种情况适用于大型数据中心，但在大多数安装中，这两个预算是分开管理的，并且不考虑TCO参数。
TCO在存储决策中确实发挥了作用，它取决于模型中使用的输入数字。大型银行公司花旗集团(Citi)已决定将其所有数据中心分阶段采用全闪存方式。根据TCO模型，花旗将在基于hdd的系统寿命结束时用闪存替换它们，hdd的平均寿命为两年，ssd的平均寿命为五年。很少有硬盘制造商会同意这一假设，但他们会争辩说，在这些计算中，HDD的寿命应该与ssd相同，这将使TCO模型的结果倾向于HDD。
pc中的HDD和SSD
电脑怎么样?为什么大多数个人电脑仍然使用hdd ?
的HDD vs. SSD购买决策与消费者购买模式有关的更多，而不是价格/性能。在典型的个人电脑广告中，价格和制造商名称以大字印刷在顶部。之后，处理器被命名为。紧接着，DRAM和HDD的大小以GB或TB为单位。其他一切都在下面。根据广告的大小，它可能会列出额外的规格和说明，但前面总是有上图。
英特尔Optane在HDD和SSD中的角色
英特尔最近推出了其Optane内存产品支持PCIe nonvolatile memory express和DIMM格式。这两者都适合图1中的动态RAM和NAND。Optane层以低于DRAM的价格填补了NAND闪存和DRAM之间不断增长的速度差距，因此，它们将促使系统管理员重新考虑存储层次结构的平衡，以减少对DRAM的需求。
有了这些有限的信息，消费者，谁可能不是那么技术倾向，将选择购买哪台PC。应该是售价500美元，拥有2gb DRAM和1tb硬盘的那种，还是同样售价500美元，但拥有同样2gb DRAM和128gb SSD的那种?或者，买家应该支付500美元购买一台2gb DRAM和1tb硬盘的PC，还是支付900美元购买一台2gb DRAM和1tb SSD的PC ?
ssd不会在价格上与hdd直接竞争。
当你以这种方式看待它，并希望以你的钱得到最大的利益时，固态硬盘看起来并不是那么好。如果你不知道固态硬盘的好处，或者你用过固态硬盘，但它的作用只是让你的电脑启动和启动程序更快。除了高端游戏之外，大多数PC的工作负载都适合一个相对较小的DRAM，所以SSD不能提供其他明显的性能提升。
从这个角度来看，很容易理解为什么大多数个人电脑购买者会从固态硬盘转向基于硬盘的个人电脑。
什么时候ssd会比hdd便宜?
十多年来，固态硬盘的支持者已经注意到了这一点SSD和HDD的价格它们之间的价格差异将消失，从而消除HDD相对于SSD的竞争力。事实上，尽管这一现象已经被预测了十多年，但离实现它还有很长的路要走。
图6显示了HDD和NAND闪存的历史定价。
仔细观察这张图表就会发现，这两条线可能在15到20年后逐渐收敛。但总的来说，它们的发展轨迹大致是平行的，而且有充分的理由:
- SSD的价格是由摩尔定律驱动的，闪存的价格每年下降约30%。
- HDD的存储容量正在以每年30%的速度增长ASTC技术路线图．而市场上容量最大的hdd，也就是那些在任何时候都以最低价格提供最高存储容量的hdd，往往以相同的价格出售——大约50美元——导致每年的价格下降幅度类似。
底线是固态硬盘在价格上不会很快直接与容量硬盘竞争。
hdd的空间
现在我们已经了解了HDD和SSD在数据中心和PC应用中的使用情况，一些简单的结论是清楚的:
- 数据中心将继续使用hdd进行存储，以保持最佳的价格/性能优势，同时小心地在内存存储层次结构的所有阶段平衡容量。
- pc将继续接受hdd，因为其每美元的容量价值，即使复杂的用户可能更喜欢ssd提供的优势。
事实上，无论是在今天还是在可预见的未来，硬盘在固态世界都有发展空间。
