Трудности выбора: что лучше для выделенного сервера: HDD, SSD или NVMe

Подбор накопителей для серверов — процесс, в котором есть много нюансов. Корпоративное «железо» сильно отличается от обычного как минимум в плане износоустойчивости. И в ситуации с дисками для хранения данных это особенно важно, ведь на них могут храниться не коллекция фильмов или семейных фото, а коммерчески ценная или чувствительная информация. Потеря таких данных — это большой финансовый и репутационный ущерб, а также другие негативные последствия.

Поэтому ориентироваться при выборе накопителя для выделенного сервера нужно как минимум на три основных параметра:

• Надёжность. Накопитель должен быть отказоустойчивым и способным работать долго в условиях коммерческой эксплуатации.
• Производительность. Скорость чтения и записи, объём обрабатываемых запросов в секунду напрямую влияют на удобство и качество работы с сервером.
• Время отклика. Реакция на запрос пользователя должна быть быстрой, чтобы ему не приходилось подолгу ждать реакции от сервера даже при высоких нагрузках.

На начало 2024 года для выделенного сервера используются накопители трёх типов: HDD, SSD и NVMe. В статье мы рассмотрим основные аспекты этих устройств для хранения данных, а также поделимся критериями выбора накопителя для конкретных задач.

HDD (жёсткий диск)

HDD (Hard Disc Drive) — это традиционный жёсткий диск, который наиболее часто встречается у частных пользователей, но может применяться и в серверных системах. Устройство проверено временем и технически почти не меняется. В основе работы устройства лежит принцип считывания данных с магнитных металлических пластин на огромной (15 000 оборотов в минуту) скорости.

В зависимости от модели, HDD получают от 2 до 4 считывающих головок, благодаря чему удалось добиться увеличения скорости считывания данных. Но в целом скорость — уязвимое место таких устройств.

Дело в том, что головка находит информацию благодаря постоянно вращающемуся шпинделю. И если данные хранятся условно не в одном секторе диска, а в разных, то финальное время поиска увеличивается.

Скорость чтения/записи тоже недостаточно высока для нынешних реалий. Устройства демонстрируют около 200 Мбит/с на пустом HDD с кэш-памятью не менее 128 МБ. При заполнении жёсткого диска скорость снижается до 80-100 Мбит/с, что для бизнеса критически мало.

Ещё один момент: высокая чувствительность HDD к внешним воздействиям. Любая серьёзная встряска или удар могут привести к порче магнитных пластин и потере информации.

Зато HDD дёшевы, максимальная ёмкость перешагнула за 20 ТБ, на рынке имеется огромное количество устройств от разных производителей. В том числе и Enterprise-класса. Для «холодного» хранилища (cold storage) такие устройства подходят, но для более сложных задач использовать HDD не рекомендуется.

Итак, теперь коротко.

Плюсы

• Емкость. HDD обладают высокой емкостью хранения данных по сравнению с SSD и NVMe. Это делает их идеальными для хранения больших объемов данных. 
• Стоимость. Жёсткие диски являются более доступными с точки зрения стоимости за гигабайт, что может быть важным фактором при ограниченном бюджете.

Минусы

• Скорость чтения/записи. HDD медленнее по сравнению с SSD и NVMe. Это может сказаться на общей производительности системы, особенно при выполнении операций с большим объемом данных или при загрузке приложений.
• Хрупкость. HDD чувствительны к внешним воздействиям.

Применение

• HDD отлично подходят для холодного хранения больших объемов данных, таких как файлы, базы данных, архивы.
• Применяются в ситуациях, где требуется большая емкость по приемлемой цене, а скорость не является первостепенным критерием.

SSD (твёрдотельный накопитель)

SSD (Solid State Drive) — сравнительно молодая, а потому технически более совершенная разновидность накопителей, в основе которой лежит flash-память (такая же, как и у традиционных флешек). Такой подход решил большинство проблем, существовавших в эпоху HDD.

В чём преимущество SSD? В них нет подвижных механических частей, они компактнее и обладают невероятно надёжными контроллерами памяти, которые гарантируют рабочий цикл более 1 млн часов. Вероятность потери данных при механических повреждениях тоже снижена.

Поскольку данные в SSD расположены статично, поиск нужной информации стал занимать в десятки раз меньше времени. По привычному для HDD интерфейсу SATA 3.0 выдают до 500 Мбит/с на чтение и запись. Именно высокая скорость чтения и записи сделали SSD по-настоящему эффективными устройствами для систем хранения данных, облачной инфраструктуры и т. д. Они энергоэффективны, а ещё в этих устройства используются разные варианты подключения к системам: SATA, SAS, PCI-E, M.2.

Стоимость SSD традиционно выше, чем HDD. На цены дополнительно влияют тренды майнинга, где твердотельные накопители используются для добычи некоторых типов криптовалют. Оказывает влияние и сфера добычи полезных ископаемых, а также производства чипов для компьютерных устройств. Эти сферы пострадали в пандемийную эпоху и даже сейчас не до конца восстановились.

Итак, коротко.

Плюсы:

• Скорость чтения/записи. SSD обеспечивают высокую скорость передачи данных, что делает их идеальными для приложений, требующих быстрого доступа к данным.
• Надёжность. Твердотельные накопители не имеют подвижных частей, что делает их более надежными и устойчивыми к физическим повреждениям.

• Стоимость. SSD более дорогие по сравнению с HDD, что может накладывать ограничения на ёмкость хранилища в случае ограниченного бюджета.

• SSD идеальны для приложений, требующих высокой скорости работы, таких как веб-серверы, базы данных с высокой нагрузкой и виртуализация.
• Применяются там, где требуется баланс между производительностью и стоимостью.

NVMe

NVMe (Non-Volatile Memory Express) — наиболее современный и быстрый протокол работы SSD-накопителей. Здесь тоже используется flash-память, но технология подключения PCI-E 3.0/4.0 обеспечивает рост скорости чтения и записи до 7 ГБ/с. Это в 14 раз выше SATA 3.0. Каждый NVMe диск использует от 2 до 8 линий PCI-E, способных пропускать через себя до 2 ГБ/с.

Ещё одна особенность NVMe заключается в том, что устройство напрямую взаимодействует с процессором. Таким образом накопители эффективно решают актуальную для многих компаний проблему скорости чтения и записи.

Главная проблема: высокая стоимость устройств. В SSD NVMe используются скоростные модули памяти, а чипы и контроллер могут разогреваться до 70-80 градусов. Поэтому требуется высокотехнологичная эффективная система охлаждения.

Для использования в качестве накопителя такие устройства не подходят. Для 3D-рендера, CAD-программ, работы с нейросетями, с 4К и 8К-контентом, для управляющего софта — вполне.

Итак, коротко.

Плюсы

• Экстремальная скорость. NVMe предоставляют выдающуюся скорость передачи данных, превосходя даже большинство SSD.
• Низкая задержка. NVMe обеспечивают минимальное время отклика, что особенно важно для приложений, зависящих от низкой задержки.

Минусы

• Стоимость. NVMe-накопители обычно стоят дороже, чем обычные SSD, что может сделать их нецелесообразными для некоторых проектов.

Применение

• NVMe подходят для высоконагруженных приложений, таких как большие базы данных, вычисления с большим объёмом данных и высоконагруженные виртуальные машины.
• Идеальны в ситуациях, где необходимо максимальное быстродействие приложений.

Интерфейсы подключения серверных дисков

Существует несколько типов интерфейсов подключения серверных дисков, каждый из которых отличается в плане производительности, пропускной способности и стоимости. Наиболее широкое применение получили:

SATA (Serial ATA). SATA - это один из наиболее распространенных интерфейсов для подключения дисков в домашних и небольших офисных системах. Он обеспечивает надежное и простое подключение дисков. Часто используется для подключения HDD и SSD в небольших серверах, где не требуется высокая производительность.

SAS (Serial Attached SCSI). SAS является развитием технологии SCSI и предоставляет более высокую пропускную способность по сравнению с SATA. Он также поддерживает подключение нескольких устройств к одному контроллеру. Часто используется в корпоративных серверах и хранилищах данных, где требуется высокая производительность и отказоустойчивость.

PCIe (Peripheral Component Interconnect Express). PCIe представляет собой интерфейс, который используется для подключения различных устройств, включая NVMe-накопители. Этот интерфейс обеспечивает высокую пропускную способность, о которой мы говорили ранее. NVMe-диски подключаются через интерфейс PCIe для обеспечения максимальной производительности. Этот вариант часто используется в высоконагруженных серверах.

Fibre Channel. Fibre Channel - это высокопроизводительный интерфейс, разработанный для подключения хранилищ данных к серверам. Он обеспечивает высокую пропускную способность и низкую задержку. Применяется в крупных корпоративных средах, где требуется высокая производительность и отказоустойчивость хранилищ данных.

U.2 (SFF-8639). U.2 является интерфейсом, предназначенным для подключения высокопроизводительных SSD. Он обеспечивает высокую пропускную способность и поддерживает подключение к тому же контроллеру нескольких устройств. U.2 используется для подключения профессиональных и корпоративных SSD, обеспечивая высокую производительность при одновременном использовании нескольких устройств. U.3 — дальнейшее развитие формата U.2 с такими-же габаритами, но дополнительными группами контактов на разъеме. Обладают обратной совместимостью с U.2 корзинами.

Варианты использования разных типов накопителей

Для большей наглядности приведём пару примеров выбора накопителя (HDD, SSD или NVMe) для выделенного сервера.

Хранение большого массива данных

Рекомендуем использовать SATA (лучше — SAS) накопители в RAID-массиве. Это не очень дорого с точки зрения инвестиций, зато просто и надёжно. Скорость передачи невысокая, но приемлемая, если в штате компании 10-15 сотрудников, а нагрузка на БД невысокая.

Сокращение задержек доступа

Когда критически важно снизить время отклика при обращении к базам данных или на сайте, рекомендуем выбирать NVMe версии PCI-E 3.0. Ни SATA-диски, ни SAS-протокол высокую скорость не смогут гарантировать. NVMe — сможет. Это обойдётся дороже, но с точки зрения цены и скорости — оптимальный вариант. Такое решение используют некоторые поставщики облачных услуг, а также компании, предлагающие услуги рендер-фермы.

Уменьшение задержек и аппаратный RAID

При таком сценарии придётся использовать SAS SSD. В этом случае у вас будет разумная скорость до 12 Гбит/с, поддержка параллельной работы с несколькими подключёнными устройствами, возможность объединения нескольких накопителей в RAID-массив для большей надёжности. Почему SAS, а не NVMe? SAS — более сбалансированное решение в условиях частых обращений и высокой нагрузки. NVMe склонны к нагреву, с ними необходимо быть аккуратнее.

Бюджетный файловый сервер

SATA HDD ёмкостью от 4 ТБ и скоростью 5400 или 7200 RPM. Максимально недорогое решение, которое подойдёт небольшой компании. Есть риски потери данных при выходе сервера из строя.

Высоконагруженный файловый сервер

SAS SSD ёмкостью от 400Гб без поддержки NVMe. Экономичный стабильный вариант для компаний, которые по каким-то соображениям не используют облачные решения. Высокая скорость чтения и записи позволяет добиться нужного уровня комфорта при работе с сервером.

Заключение

Очевидно, что вариантов комбинаций железа для выделенного сервера много. Но если говорить про надёжность, то локальные решения, как правило, уступают популярным облачным сервисам. Не каждая компания сможет вложить в инфраструктуру крупную сумму, настроить резервное копирование, редупликацию данных, предусмотреть план действий при сбоях и решить другие вопросы, которые уже давно известны и решены техническими специалистами облачных провайдеров.

Наличие Enterprise-железа, более высокая квалификация инженеров, реальный опыт решения самых разных ситуаций — эти факторы тоже играют на стороне поставщиков облачных услуг. Эти компании используют преимущественно высокоскоростные накопители SSD, предлагая разные уровни отказоустойчивости и доступности. Обязательно проговорите этот момент при заключении договора о сотрудничестве.