2012.8 エンタープライズ用ＳＳＤ クラウドコンピューティングにおける ストレージ・ソルーションのキープロダクツ Page | 1 はじめに 企業（エンタープライズ）で運用されるデータセンタ ーやクラウドコンピューティングシステムにおいて、情 報量の急増にともない、ますます『大容量・高性能』な ストレージが要求されています。一方で、ＴＣＯ（Total Cost of Ownership）削減のために、『省電力化および 省スペース』が強く望まれています。 大容量化を行うため、ストレージの数を増やし ていては省電力・省スペースは実現できません。 この、『大容量・高性能』と『省電力・省スペー ス』の相反する要求を同時に満たすストレージ・ ソリューションの実現が課題として顕在化されて きました。 市場要求 ストレージ機器への要求 ・日々扱われるデータ量の増大 ⇒大容量ストレージ ・クラウド対応のアクセス性能向上 ⇒高性能ストレージ ・TCO の削減 ⇒省電力・省スペース 図１ 生み出される情報の増大とストレージ機器への要求 エンタープライズ用途へのソリッドステートドライブ（eＳＳＤ）導入 従来のコンピュータシステムでは、主記憶メモリ （DRAM）とエンタープライズハードディスクドライブ （eHDD）で構成されています。このシステムでは、 DRAM と eHDD のデータアクセス速度差が約５桁と大 きいことが問題になります。つまり、この中間に相当 するデータを高価な DRAM に格納すれば価格が上 がり、eHDD に格納すれば性能が低下するといったよ うに、ストレージ間の速度差がシステム最適化のボト ルネックとなっています。 これを解消するための方策として、エンタープライズ 用途のソリッドステートドライブ（eＳＳＤ）の活用が本 格化してきています。eSSD とは NAND 型フラッ シュメモリを記憶媒体としているストレージプロ ダクツです。 図 2 は、性能指標の例として、データアクセス 性能（データ呼び出し時間）を比較したものです。 eSSD は DRAM と eHDD の間の性能を有してい ることがわかります。 eSSD の導入により、DRAM と eHDD の性能差 によるボトルネックが解消され、システムの最適 化が可能になります。 Page | 2 5桁のギャップ DRAM DRAM 3桁のギャップ nsec eSSD eSSD μsec 高速回転HDD eHDD msec 大容量HDD 大容量HDD （ NL HDD*1） n se1E-07 c μse c 1E-09 1E-08 1E-06 1E-05 1E-04 0.001 msec 0.01 0.1 eSSD 採用により、５桁の性能差を解消 *1 NL HDD：Near Line HDD 図 2 データアクセス性能 また、eHDD は大容量化に有利であることに対し、ｅ ＳＳＤはアクセス性能や電力消費効率（ランダム読み 出し速度／消費電力）に優れています。 両者の、互いの長所を発揮させ共存させるこ とで、システムスペックの向上に繋がると考えら れます。 ◎：非常に優れる ○：優れる △ ：若干劣る × ：劣る eHDD を標準(○：優れる)としたときの相対評価による(東芝調べ) 性能 特長比較 ランダム アクセス 消費電力 シーケンシャル アクセス性能 アクセス あたり 装置価格 TCO削減効果 記憶容量 あたり アクセス性能 あたり 記憶容量 あたり 高速処理 大容量 ストレージ eSSD ◎ ○ ◎ ○ ◎ × ◎ △ eHDD ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 大容量HDD （NL HDD） × △ △ ◎ × ◎ × ◎ 図 3 特長比較 Page | 3 eＳＳＤ適用形態 eSSD は、サーバ用途では eHDD 置き換え、ストレ ージシステムでは eHDD との混合搭載の２形態で使 用されています。 いずれの場合もシステム性能のボトルネックとなっ サーバー; データ処理 アプリケーション処理 CP U ている eHDD のアクセス性能を解決するため の手段として有効であり、市場性は極めて高い と考えられます。 アプリケーション 高速ロード 多数クライアントへの高い処理能力 CP U eSSD Memory Cache Storage I/F ICH (I/O Controller Hub) OR eHDD SAN *2 (FC/iSCSI) ストレージ; サーバーへのデータ 読出し/書込み 大容量データ記憶 高速なデータ読み書き 高速なレスポンスが可能 Memory Cache ICH I/O Controller Hub) Storage I/F 高アクセス頻度 eSSD eSSD eSSD eHDD eHDD eHDD NL HDD NL HDD NL HDD 低アクセス頻度 保存データ 階層ストレージ システム *1) SAN: Storage Area Network 図 4 エンタープライズシステムにおける eSSD 採用形態 （イメージ図） 階層ストレージシステム ストレージシステムに適用する場合、全てのストレ ージを eHDD から eSSD にすればシステムのアクセ ス性能は格段に向上します。しかし、それでは高速性 が要求されないアクセス頻度が低いデータまでもが 高価な eSSD に格納されるため、システム全体の価 格は高いものになります。 一般的に、ストレージシステムでのデータへのアクセ ス頻度は均一ではなく、高アクセス頻度、中アクセス頻 度、低アクセス頻度のデータに分けられます。 このデータ特性を活かして、高アクセス頻度のデ ータを eSSD、中アクセス頻度を eＨＤＤ、低アクセス 頻度のデータを大容量ＨＤＤ(NL HDD)に保管 することで、性能を向上させ、且つ、コストにもメ リットのある、効率的なシステムを構築すること ができます。 図 5 は、システム全体容量の 5%を eSSD、15% を高速ＨＤＤ、80%を大容量 HDD の階層化システ ムの例です。 全体容量 5%の eSSD が全体アクセス頻度の 50％を占めており、また、全体容量の 80％は安 価な大容量 HDD で実現されています。 Page | 4 eSSD eHDD Data access locality 容 量 5 % 15 % アクセス頻 度 5 0% 0% eSSD eHDD NL HDD 80 % 20% 30 % 4 0% 60 % 20% 80 % NL HDD 階層システム 1 00 % IOPS Mix. operation 70% Read, 30% Write ・ 68k IOPS/units 図 5 データアクセス頻度と階層化ストレージシステムの例 eSSD 階層システムの効果、電力削減 図 6 に、従来型の eHDD で構成されたストレージ（e ＨＤＤ100%）と、eSSD/HDD 混在の階層ストレージでの 性能改善の計算例を示します。 なお、想定は 200ＴＢのストレージシステムで、階層 ストレージは上述の比率構成としています。 ① ② ③ ④ ①省電力、②省スペース、③アクセス性能、④ 電力消費効率（アクセス性能／消費電力）の改 善効果はそれぞれ次の通りです。 eSSD は全体容量の 5%に過ぎないが、システ ム性能と消費電力を大幅に改善できることがわ かります。 電力 ドライブ台数 アクセス性能 電力消費効率 （ランダム読み出し速度／消費電力） 40％削減 1/2 削減 17 倍向上 省電力 省スペース 高性能 26 倍向上 Page | 5 - eSSD採用の階層ストレージシステム 25 5% 10k RPM HDD 600GB 50 15% 2TB 80 80% 0 従来システム 従来システム 500 省電力 約 -40% 削減 300 NL HDD eH DD eSSD 334台 250 200 150 100 155台 50 0 省スペース、スロット数 ドライブ台数 1/2 削減 System total IOPS [ k IOPS ] 1000 350 従来シ ステ ム 従来システム 1,500W 400 階層システム eSSD 階層 2,340W Number of Slot (drives) [ units ] 1500 階層システム eSSD 階 層 Power consumption [ W ] 2000 N L H DD eH DD eSSD 台数 容量比率 334 100% 従来システム 階層システム 2500 容量 600GB 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 1,730k N L H DD eH DD eSSD 100k 高性能、アクセス性能 x17 倍向上 1 ,4 0 0 1 ,2 0 0 1 ,0 0 0 1,156 800 600 400 200 0 43 従来システム 従来システム 400GB eSSD 階層 階層システム eSSD 7.2k RPM NL HDD ストレージ構成 ドライブ eHDD 10k RPM HDD 台数 容量比率 Power efficiency [ IOPS/W ] NL HDD 容量 従来システ ム 従来システム eHDD ストレージ構成 ドライブ 階層システム e SSD 階層 eSSD - 従来型 エンタープライズHDD ストレージシステム 電力消費効率 x26 倍 図 6 eSSD 階層システムの効果（200TB ストレージ システム想定試算） 東芝製 eSSD の特徴 東芝製 eSSD は、次の技術を適用し、業界トップクラ スの信頼性と性能を確保しています。 （１）大容量・高性能： 32nm NAND 型フラッシュメモリ 技術を競合他社に先駆けて eSSD に適用し、最大 400GB の大容量を達成しました。また、装置当り消費 電力と高速性能とを両立させるため、NAND 型フラッシ ュメモリへの 16 並列読出し・書込み処理技術を採用し ました。平均消費電力 6.5W, ランダム読出し性能 90,000IOPS(1 秒間当りの入出力処理数), シーケンシ ャル読出し転送速度 510MB/s は、業界最高水準*3 を 達成しました。 （２）高寿命： 書込み寿命特性に優れた単一ビット記 憶(SLC)NAND 型フラッシュメモリの適用に加えて、ファ ームウェアによる高度な書込み平準化技術(ウェ アレベリング)により、24 時間連続稼動、製品ライ フ 5 年間の長寿命化を可能にしました。 （３）高信頼性： NAND 型フラッシュメモリおよび 装置内部の全てのデータ転送経路に対してエラ ー検出・訂正機能を備えると共に、NAND 型フラ ッシュメモリの偶発的故障時でもデータの復元が 可能な独自のデータ保護機能を導入し、代表的 なストレージプロダクツである HDD を凌駕する高 信頼性を実現しました。 *3: 2010 年 12 月東芝調べ Page | 6 コネクタ SAS (Serial Attached SCSI）コネクタ採用 6GbpsのDual Port採用により通信高速化 コントローラ NAND制御コントローラ 16並列処理、NANDの寿命制御/エラー訂正技術 により高信頼性のSSDを実現 NAND型フラッシュメモリ データを蓄積するNAND型フラッシュメモリ。 32nmのプロセスNAND採用により省電力化。 SLC（Single Level Cell）採用による高信頼性を実現 形状 2.5型のSFF（Small Form Factor)採用 eHDDとのコンパチ形状により、容易なシステム 置換を実現 図 7 東芝製エンタープライズ SSD の概要 まとめ eSSD の導入により、従来のストレージシステムで のボトルネックが解消されます。また、DRAM と eHDD の中間の性能を持つ eSSD を開発することでシステム 高性能化が可能となりました。高速 eSSD と 大容量 HDD を組合せた、階層ストレージでは、従来のストレ ージシステムと同容量で比較した場合、『省電力・省ス ペース』、『高性能』が実現できることを示しました。 また、東芝は階層化ストレージを構築するため のエンタープライズストレージのトータルラインア ップを提供しており、お客様の用途・規模に応じて、 大容量ストレージもご選択いただけます。 今後も東芝は、高性能･高信頼性を備えるエン タープライズ向けストレージの製品展開をいたし ます。 市場要求 ストレージ機器への要求 ・日々扱われるデータ量の増大 ⇒大容量ストレージ ・クラウド対応のアクセス性能向上 ⇒高性能ストレージ ・TCO の削減 ⇒省電力・省スペース ⇒階層化ストレージにより実現可能 Page | 7