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2009年12月7日至18日,多国元首齐聚丹麦哥本哈根气候大会。全球气候变暖的问题引起了整个世界的关注。此后,低碳生活成了人们生活中津津乐道的话题。
全程节能
在数据中心里,存储已经成了耗能的大户。除了利用虚拟化、自动精简配置、重复数据删除等技术缩减存储系统的规模以外,新型存储介质的应用对于降低存储系统的能耗也有明显效果。企业级SSD的出现,将掀起一场计算机系统的低碳革命。
华为赛门铁克公司独立研制的SSD产品——HSSD(如图1所示),具有完全自主知识产权。通过建立完整的生命周期分析和控制机制,华为赛门铁克将低碳的原则贯彻到整个研发和生产活动中。
华为赛门铁克认为,真正的绿色产品一定是在其整个生命周期内资源耗费最少、资源可利用率最高并且可以回收再利用的产品。基于此,华为赛门铁克对SSD产品的原材料耗费、加工、运输、使用和回收各环节进行了严格监控,通过全生命周期分析(LCA),在各环节进行绿色优化设计:在使用节能部件的基础上,华为赛门铁克对SSD的硬件架构进行了优化,尽量减少对原材料的耗费,产品总重量控制在90克以下;采用无铅的物料,同时用超级电容替代电池,最大程度地减少产品使用过程中的污染排放,从SSD外壳到PCB板上的任意一个电容都能做到100%可回收;采用无铅工艺进行加工生产,所有环保指标符合欧盟的RoHS-6标准;通过弹性可扩展的软件架构,使SSD的读性能达到3.5万IOPS,写性能超过1万IOPS;通过线性调度的节能算法,将SSD的最大功耗控制在2.5W以内,休眠功耗降到0.1W……
一年节省电费21万元
光纤硬盘的功耗为17W左右,性能最高可达到300IOPS,而SATA硬盘的功耗为13W左右,性能最高只能达到150IOPS。相对于光纤硬盘和SATA硬盘,SSD的能效提升不止百倍。SSD为什么会达到如此高的能效比呢?
如图2所示的SSD内部逻辑架构图,一个SSD就是一个小型的计算机系统,包括CPU、内存和后端存储单元,只不过将计算机通用的x86 CPU换成了低功耗的ARM或PowerPC,将后端的硬盘换成了多个Flash颗粒。目前,SSD内部可以放置的Flash芯片多达128颗。
一颗Flash芯片的性能可以达到每秒2000～5000次读写。因为SSD内部有一个完整的CPU系统,可以内置符合Flash特性的调优算法,同时还可以通过Flash控制器提高读写的并发度,让多个Flash芯片共同执行读写操作,所以一个SSD的性能可以很容易超过每秒1万次读写。
SSD是全电子硬盘,在使用过程中不会产生噪音。传统硬盘因为有盘片转动和磁头摩擦,所以会产生10～20分贝的噪音。高可靠光纤硬盘的寿命为120万小时,而SSD可以达到240万小时。可靠性的提高、部件使用寿命的延长,使得人们在使用SSD时,可以更有效地节约资源。
传统硬盘的转速为每分钟1.5万转。高精密的硬盘抗震性不好,对使用环境的要求较高,而每块硬盘17W的功耗也使其不能应用在高温高密的环境中。
SSD没有机械部件,抗震性极强,具备很强的环境适应性,可以应用在无风扇的自然环境、高温高密环境甚至是超低温的环境中。华为赛门铁克的SSD产品曾经跟随国家科考队到过南极,经受住了-40℃的低温考验。
华为赛门铁克对传统光纤硬盘和SSD进行了全生命周期的碳排放分析。一个传统光纤硬盘经过原材料耗费、加工、运输、使用、回收各环节,在5年的生命周期内会排放525公斤二氧化碳,而一块SSD只排放110公斤二氧化碳。用一块SSD硬盘替代传统硬盘减少的二氧化碳排放量,相当于4棵树吸收的二氧化碳量。
SSD应用的主要障碍是价格较高。高性能SSD的价格是光纤硬盘价格的7倍左右。但是,对比一下SSD和光纤硬盘在5年使用期内的成本,以IOPS/W计算,一块SSD的使用成本与700块光纤硬件或SAS硬盘相当。
根据美国环保部能源之星(Energy Star)提供的数据,硬盘每节约1W能耗,可为使用者的系统和环境节约2.85W。以每度电(千瓦时)一元计算,在5年的生命周期内,一块SSD可为使用者节约电费211898.93元。因此,仅计算能源节省部分,一块SSD硬盘5年就会为用户节省21万元的电费,这远远超出了SSD的购买价格。由于是全电子部件,SSD的价格会遵循摩尔定律,每18至24个月会下降50%。
华为赛门铁克预测,在未来3年内,SSD的价格将接近光纤和SAS硬盘,并成为存储市场的主流。
低碳型IT系统
1965年,戈登·摩尔发表了著名的摩尔定律:集成电路上可容纳的晶体数目每18至24个月就会增加一倍,性能也提升一倍,而价格保持不变。
摩尔定律描绘了一幅美好的蓝图:随着芯片集成度的提高,在芯片性能翻倍的同时,不仅价格保持不变,芯片的功率也基本保持不变。这意味着处理同样的事务,每18至24个月后,就能节约50%的能源耗费。
45年过去了,IT系统性能的提升真的符合摩尔定律吗?
当今,CPU的主频已经超过3GHz,加上多核、多流水线、多线程等技术的应用,CPU每秒可下发的读写指令数超过1G(1G为1000MIPS,1MIPS等于每秒100万条指令)。内存技术也即将从DDR3跨越到DDR4,可支持每秒十萬次读写。
CPU性能和内存带宽的发展基本符合摩尔的预期,10年增长了10倍左右。但是在过去10年中,硬盘的性能又提升了多少呢?传统硬盘性能的提升非常缓慢,10年中只提高了可怜的1.5倍。
为什么会出现这种情况呢?由于传统硬盘是以磁介质盘面为基础的,磁盘的性能与转速基本成正比。从1997年到2009年,大容量SATA硬盘的转速从每分钟5400转提高到每分钟7200转,增加30%;企业级光纤硬盘和SAS硬盘的转速从每分钟1万转提高到每分钟1.5万转,增加50%。硬盘的功耗与硬盘转速的2.8次方成正比。随着硬盘转速的提高,硬盘的功耗会有极大增长,这将导致计算机系统无法使用。
目前,传统硬盘的转速已经到了硬盘功耗所能承受的极限。也就是说,无论计算机前端CPU和内存的发展有多快,即使能达到每秒读写上百万次,但只要涉及到读写后端硬盘的数据,计算机的整体性能就会急剧下降,甚至只能达到每秒读写300次。
传统硬盘的性能已经严重制约了计算机系统性能的发展。这相当于锁住了摩尔定律的咽喉。
SSD的横空出世,极大地释放了计算机系统后端的性能,使系统性能有上百倍的提升。SSD的出现不仅改变了计算机的系统架构,而且推动了前端CPU和内存架构的发展(如图3所示)。由于SSD的加入,计算机系统整体性能的发展仍将符合摩尔定律,能效比将持续提升。在此基础上,计算机系统终将成为真正的低碳型IT系统。
华为赛门铁克在绿色节能技术上持续投入,从企业自身活动以及产品设计上全面引入绿色理念。SSD无疑是华为赛门铁克绿色产品中最闪亮的一颗星。
想想看,要是中国的机械硬盘都为SSD所取代,相当于再造一个大兴安岭,那将是一幅多么美妙的绿色画卷。
全程节能
在数据中心里,存储已经成了耗能的大户。除了利用虚拟化、自动精简配置、重复数据删除等技术缩减存储系统的规模以外,新型存储介质的应用对于降低存储系统的能耗也有明显效果。企业级SSD的出现,将掀起一场计算机系统的低碳革命。
华为赛门铁克公司独立研制的SSD产品——HSSD(如图1所示),具有完全自主知识产权。通过建立完整的生命周期分析和控制机制,华为赛门铁克将低碳的原则贯彻到整个研发和生产活动中。
华为赛门铁克认为,真正的绿色产品一定是在其整个生命周期内资源耗费最少、资源可利用率最高并且可以回收再利用的产品。基于此,华为赛门铁克对SSD产品的原材料耗费、加工、运输、使用和回收各环节进行了严格监控,通过全生命周期分析(LCA),在各环节进行绿色优化设计:在使用节能部件的基础上,华为赛门铁克对SSD的硬件架构进行了优化,尽量减少对原材料的耗费,产品总重量控制在90克以下;采用无铅的物料,同时用超级电容替代电池,最大程度地减少产品使用过程中的污染排放,从SSD外壳到PCB板上的任意一个电容都能做到100%可回收;采用无铅工艺进行加工生产,所有环保指标符合欧盟的RoHS-6标准;通过弹性可扩展的软件架构,使SSD的读性能达到3.5万IOPS,写性能超过1万IOPS;通过线性调度的节能算法,将SSD的最大功耗控制在2.5W以内,休眠功耗降到0.1W……
一年节省电费21万元
光纤硬盘的功耗为17W左右,性能最高可达到300IOPS,而SATA硬盘的功耗为13W左右,性能最高只能达到150IOPS。相对于光纤硬盘和SATA硬盘,SSD的能效提升不止百倍。SSD为什么会达到如此高的能效比呢?
如图2所示的SSD内部逻辑架构图,一个SSD就是一个小型的计算机系统,包括CPU、内存和后端存储单元,只不过将计算机通用的x86 CPU换成了低功耗的ARM或PowerPC,将后端的硬盘换成了多个Flash颗粒。目前,SSD内部可以放置的Flash芯片多达128颗。
一颗Flash芯片的性能可以达到每秒2000～5000次读写。因为SSD内部有一个完整的CPU系统,可以内置符合Flash特性的调优算法,同时还可以通过Flash控制器提高读写的并发度,让多个Flash芯片共同执行读写操作,所以一个SSD的性能可以很容易超过每秒1万次读写。
SSD是全电子硬盘,在使用过程中不会产生噪音。传统硬盘因为有盘片转动和磁头摩擦,所以会产生10～20分贝的噪音。高可靠光纤硬盘的寿命为120万小时,而SSD可以达到240万小时。可靠性的提高、部件使用寿命的延长,使得人们在使用SSD时,可以更有效地节约资源。
传统硬盘的转速为每分钟1.5万转。高精密的硬盘抗震性不好,对使用环境的要求较高,而每块硬盘17W的功耗也使其不能应用在高温高密的环境中。
SSD没有机械部件,抗震性极强,具备很强的环境适应性,可以应用在无风扇的自然环境、高温高密环境甚至是超低温的环境中。华为赛门铁克的SSD产品曾经跟随国家科考队到过南极,经受住了-40℃的低温考验。
华为赛门铁克对传统光纤硬盘和SSD进行了全生命周期的碳排放分析。一个传统光纤硬盘经过原材料耗费、加工、运输、使用、回收各环节,在5年的生命周期内会排放525公斤二氧化碳,而一块SSD只排放110公斤二氧化碳。用一块SSD硬盘替代传统硬盘减少的二氧化碳排放量,相当于4棵树吸收的二氧化碳量。
SSD应用的主要障碍是价格较高。高性能SSD的价格是光纤硬盘价格的7倍左右。但是,对比一下SSD和光纤硬盘在5年使用期内的成本,以IOPS/W计算,一块SSD的使用成本与700块光纤硬件或SAS硬盘相当。
根据美国环保部能源之星(Energy Star)提供的数据,硬盘每节约1W能耗,可为使用者的系统和环境节约2.85W。以每度电(千瓦时)一元计算,在5年的生命周期内,一块SSD可为使用者节约电费211898.93元。因此,仅计算能源节省部分,一块SSD硬盘5年就会为用户节省21万元的电费,这远远超出了SSD的购买价格。由于是全电子部件,SSD的价格会遵循摩尔定律,每18至24个月会下降50%。
华为赛门铁克预测,在未来3年内,SSD的价格将接近光纤和SAS硬盘,并成为存储市场的主流。
低碳型IT系统
1965年,戈登·摩尔发表了著名的摩尔定律:集成电路上可容纳的晶体数目每18至24个月就会增加一倍,性能也提升一倍,而价格保持不变。
摩尔定律描绘了一幅美好的蓝图:随着芯片集成度的提高,在芯片性能翻倍的同时,不仅价格保持不变,芯片的功率也基本保持不变。这意味着处理同样的事务,每18至24个月后,就能节约50%的能源耗费。
45年过去了,IT系统性能的提升真的符合摩尔定律吗?
当今,CPU的主频已经超过3GHz,加上多核、多流水线、多线程等技术的应用,CPU每秒可下发的读写指令数超过1G(1G为1000MIPS,1MIPS等于每秒100万条指令)。内存技术也即将从DDR3跨越到DDR4,可支持每秒十萬次读写。
CPU性能和内存带宽的发展基本符合摩尔的预期,10年增长了10倍左右。但是在过去10年中,硬盘的性能又提升了多少呢?传统硬盘性能的提升非常缓慢,10年中只提高了可怜的1.5倍。
为什么会出现这种情况呢?由于传统硬盘是以磁介质盘面为基础的,磁盘的性能与转速基本成正比。从1997年到2009年,大容量SATA硬盘的转速从每分钟5400转提高到每分钟7200转,增加30%;企业级光纤硬盘和SAS硬盘的转速从每分钟1万转提高到每分钟1.5万转,增加50%。硬盘的功耗与硬盘转速的2.8次方成正比。随着硬盘转速的提高,硬盘的功耗会有极大增长,这将导致计算机系统无法使用。
目前,传统硬盘的转速已经到了硬盘功耗所能承受的极限。也就是说,无论计算机前端CPU和内存的发展有多快,即使能达到每秒读写上百万次,但只要涉及到读写后端硬盘的数据,计算机的整体性能就会急剧下降,甚至只能达到每秒读写300次。
传统硬盘的性能已经严重制约了计算机系统性能的发展。这相当于锁住了摩尔定律的咽喉。
SSD的横空出世,极大地释放了计算机系统后端的性能,使系统性能有上百倍的提升。SSD的出现不仅改变了计算机的系统架构,而且推动了前端CPU和内存架构的发展(如图3所示)。由于SSD的加入,计算机系统整体性能的发展仍将符合摩尔定律,能效比将持续提升。在此基础上,计算机系统终将成为真正的低碳型IT系统。
华为赛门铁克在绿色节能技术上持续投入,从企业自身活动以及产品设计上全面引入绿色理念。SSD无疑是华为赛门铁克绿色产品中最闪亮的一颗星。
想想看,要是中国的机械硬盘都为SSD所取代,相当于再造一个大兴安岭,那将是一幅多么美妙的绿色画卷。