儲存的兩難挑戰－效能與耗電

資料儲存的需求不斷增長。資訊的價值越來越高，而長期儲存資料的要求也與日俱增。因此，每年在各種規模的系統環境中產生與儲存的資料量都不斷的成長。

在資料量激增的背景下，IT系統對資料的產生、使用以及儲存都需要面對大量電力與散熱層面的需求，而這會相應導致成本的上升。環境與能源問題已成為商業技術領域中的重要話題，而企業決策者與 IT 管理者已不能忽視。隨著能源價格的激增以及有限的能源供應，IT管理人員必須在不影響效能的前提下，追求最低耗電。

資料中心的需求與耗電

資料中心功耗最大的三個系統分別是空調系統 (HVAC)、伺服器以及儲存系統。而要降低資料中心功耗的不二法門，就是提高效率。空調系統 (HVAC)的功耗可透過提高散熱效率來降低；而要降低伺服器功耗除了透過採用效率更高的機種外，也可利用虛擬化和整合技術來提高伺服器效率，進而降低伺服器功耗。而對儲存系統來說，用電效率就是至關重要的議題。

在儲存系統中，磁碟機是功耗最大、散熱需求最多的儲存元件。因此，改進儲存系統的功耗與散熱首要目標便非常明顯，也就是減少儲存解決方案中磁碟數量，而最佳做法就是提高磁碟的利用率。

要減少儲存系統磁碟數量並相應提高利用率有有幾種方法，而最顯而易見的就是採用整合技術。分析師認為，直聯儲存(Direct-Attach Storage)的儲存空間利用率通常不到50%，而採用整合儲存技術可使儲存空間利用率達到75%左右。使用整合儲存技術的環境下，管理員可根據需要從統一的儲存庫中抽取一定的儲存空間，並有效且動態的分配給伺服器和應用。這不僅可減少整體所需容量，同時還能避免分散式環境中，部分未使用的儲存空間處於閒置狀態。光是透過儲存整合技術來提高磁碟的利用率，我們就能將功耗和散熱降低 25%。而儲存區域網 (SANS) 技術的快速發展便是奠定於此優勢。

儲存整合技術對提高磁碟利用率有著重要的影響。此外，還有其他因素也對儲存系統所需的磁碟數扮演關鍵角色，進而也會降低系統的功耗和散熱要求。

選擇儲存技術的考量標準

由於大多數一級儲存系統均採用相同的磁碟機，因此似乎很難看出系統之間的差別，但關鍵是要了解並非所有的儲存系統都如出一徹。如果我們購買帶有相同數量磁碟的兩個不同儲存系統，縱使這兩個系統的功耗和散熱要求可能都相同，但實際性能卻可能大不相同。

購買儲存設備時，通常要考慮兩種需求，一是滿足容量要求；二是滿足性能要求。對以容量訴求的二級儲存設備而言，IT管理人員的目標很明確，那就是在保持基本可靠性的同時，用最低的價格購買最大的容量；但對性能訴求的一級儲存設備而言，IT管理人員通常會面臨進退兩難的境地，他們既要盡可能降低單位儲存容量成本，又要縮減儲存空間的佔用並最小化功耗／散熱要求，同時還要避免應用性能與服務級別協定(SLA)受到影響。

容量訴求的儲存需求

在購買容量訴求的二級儲存設備時，IT管理人員希望盡可能降低單位儲存容量的成本，這就需要用最低價格購買大容量磁碟，同時還要提高儲存空間利用率。

以容量為主的應用只考慮可用大小，即儲存和存取資料可用的空間。不過，由於儲存系統中所有磁碟都必須保持轉動和持續散熱，因此功率和散熱要求與原始容量息息相關。原始容量中必須扣除格式化、RAID保護、配置元資料及其它開銷等佔用的空間，所剩的才是確定可用的儲存空間。

就儲存系統利用原始空間的效率而言，不同廠商之間差別很大。比如，從不同的廠商購買 10 TB 的原始容量，但他們所提供的可用空間則不一定相等。可用空間與原始空間之間存在一定的比例關係，比例越大，滿足儲存容量需求所需的系統磁碟數就越少，因而有助於降低功耗和散熱要求。

性能訴求的儲存需求

性能訴求的儲存需求也受到可用容量與原始容量比例的影響，這裏我們主要考慮另一因素－每個磁碟的性能。就像我們在考慮容量問題時要盡可能提高每個磁碟的可用空間一樣，為了降低功耗和散熱要求，在性能訴求的應用中，我們則要實現每個磁碟的性能最大化。

一級外部儲存系統的性能取決於IOPS與存取能力兩大因素。I/O Operation Per Second(IOPS)，即每秒I/O操作次數，是OLTP、資料庫或電子郵件等事務處理型應用的主要性能指標，它們都屬於小記憶體的隨機存取應用類型。存取能力的單位為 MB/s，是諸如視頻流、監視及其它多媒體等帶寬頻應用的重要衡量標準。客戶希望以最少的磁碟來滿足IOPS或存取能力要求，從而盡可能降低功耗和散熱要求。

隨著磁碟機容量的增加，用戶的單位容量成本（即每TB成本）顯著降低。這對強調存取能力的應用而言非常有利，因為可以用相對較少的磁碟來滿足性能要求。容量要求較高的應用也從多方面受益於大容量磁碟，其不僅可以以更低的成本儲存更多的資料，同時還能滿足性能要求。

不過，事務處理應用則面臨了兩難。既要通過高容量磁碟來減少磁碟數量，進而降低單位容量成本，又要避免應用性能降低，而不能滿足應用對IOPS指標的基本要求。因此，不要以為容量大、功耗低就經濟實惠了，要是性能降低也是得不償失的。

IT機構通常認為，有效儲存性能提高往往需要提高用電成本，因為更多的磁碟機會加大耗電量。同樣，磁碟機越多，不見得確保儲存系統的性能一定提高。為了確保外部儲存系統實現最佳性能，我們需要一款高穩健性的儲存控制器，充分發揮所有連接磁碟機的功能，並確保達成最高效率。

性能效率

為了測定儲存系統的性能與能耗之間如何實現最佳平衡，LSI進行了相關研究。我們發現，在相同的性能目標與配置條件下，有些儲存系統的耗電確實要高於LSI的一級儲存系統。

要確切瞭解一級外部儲存系統的特定及適用性能資訊相當困難。白皮書中的“規格”指的是性能指標的最大值，並不能反映實際應用性能。在某些極端情況下，解決方案只提供磁碟機的出廠（原始）性能值，而讓消費者自己去猜想實際的應用性能如何。這一問題廣為人知，因此過去七年來，業界非營利組織—儲存性能委員會(SPC)已經制定了相關基準，從而可以解決上述難題。

LSI是該機構的創始成員，也是確立業界基準的積極支持者，我們這樣做主要出於以下原因：

我們的目標是讓所有人都能瞭解全面資訊公開報告的內容，並反覆進行測試，以得到確定的結果。不幸的是，有些廠商拒絕加入SPC基準制定工作，因此在此情況下我們只能依靠有關廠商公佈的性能資訊。

LSI推出了一種測量儲存利用率的方法，即通過 IOPS/Watt 來衡量性能和效能。IOPS/Watt是衡量儲存系統性能效率以及一級外部儲存系統效能的非常有用的性能參數。通過查看和對比執行目標性能的所發生的能耗（而不是察看儲存容量和功耗），IT客戶能在不影響可用性的前提下提高性能，降低用電成本，從而受益匪淺。

結論

許多本地及地區性電廠都針對家庭和企業的用電量提出了旨在促進節能的優惠措施，鼓勵大家採用更高效的IT設備。一級外部儲存系統通過採用增強型儲存性能效率來提高效能，可降低環境成本，以更少的磁碟機提供足夠的性能，進而達到SLA的標準要求。在購買設備時，我們要以性能效率以及效能作為新增採購標準，這樣才能降低資本支出和運營支出成本。

減少儲存系統散熱、降低能耗有一個錯不了的辦法，那就是減少磁碟機的數量。不過，使用這種辦法不應當影響系統的性能。LSI推出了業界性能效率和效能最高的磁片控制器，能讓每部磁碟機都發揮最高性能，並實現最佳效能。