概述

 

　　總擁有成本 （TCO） 提供了一種通過(guò)計算與購買(mǎi)和運行 IT 設備相關(guān)的所有成本來(lái)了解客戶(hù)如何做出購買(mǎi)決策的方法。不同客戶(hù)的業(yè)務(wù)目標和購買(mǎi)標準差異很大，因此，一刀切的總體擁有成本模型并不足以滿(mǎn)足所有存儲工作負載。我們通過(guò)檢查存儲的資本支出 （CapEx） 以及典型數據中心機架中通常主導 IT 預算的所有其他內容，以及由電源、冷卻和設備故障成本主導的模型運營(yíng)支出 （OpEx），定義了非常適合存儲的 TCO 模型。這對于對比專(zhuān)門(mén)面向持久存儲的產(chǎn)品和解決方案非常有用。

 

　　 總體擁有成本模型有哪些內容

 

　　數據中心的總擁有成本分為資本支出 （CapEx） 和運營(yíng)支出 （OpEx）。資本支出通常受數據中心內的限制，可能包括硬件采購（計算，網(wǎng)絡(luò )和存儲）的價(jià)格，要管理的IT設備，軟件和操作系統以及安裝費用。數據中心本身的資本支出（包括建筑、房產(chǎn)、政府、稅收、其他費用）和業(yè)務(wù)增長(cháng)因公司而異。當前的 TCO 模型將數據中心資本支出作為以“機柜費用/年”（Rack Cost per Year）的一項固定支出。運營(yíng)支出包括能耗、設備折舊、維護、維修、IT 軟件許可和數據中心員工成本。

 

　　有效容量（Effective capacity）被標記為 “TBe”（terabytes effective）。這是復制、容量利用率和數據縮減（壓縮、重復數據刪除等）后的實(shí)際可用存儲空間。由于原始存儲的整個(gè)資本支出成倍增加，這對總體擁有成本產(chǎn)生了巨大影響。企業(yè)存儲、全閃存陣列和其他公司在考慮存儲的成本/TB（cost / TB） 時(shí)，通常會(huì )公布有效容量。

 

　　 總體擁有成本 TCO 指標

 

　　在對存儲的總體擁有成本進(jìn)行建模時(shí)，有許多指標可能很重要，包括總體系統級性能、耐用性和總容量。此模型主要關(guān)注 TCO $ / TBe / 機架 /月的 TCO。大型和小型數據中心都以此作為參考，以比較當前部署與未來(lái)部署，這些部署僅針對存儲持久存儲進(jìn)行了優(yōu)化。TCO 由每個(gè) TBe 的資本支出組成，該資本支出采用所有 IT 硬件和機架的總成本，并將它們與存儲的總成本相加，并在有效容量總量中攤銷(xiāo)這些成本。運營(yíng)支出由電源、冷卻和驅動(dòng)器故障組成，并且在每個(gè)機架的有效容量范圍內攤銷(xiāo)類(lèi)似。此模型不包括軟件許可成本，但如果需要，可以輕松將其添加到機架配置成本中的任何靜態(tài)字段中。

 

　　 對機架配置進(jìn)行建模

 

　　模型中的機架輸入有兩列，分別表示一個(gè) HDD 配置和一個(gè) SSD 配置，以便進(jìn)行有用的比較。每個(gè) JBOD 的驅動(dòng)器總數、每個(gè)服務(wù)器的驅動(dòng)器總數以及每個(gè)機架的 JBOD 和服務(wù)器決定了每個(gè)機架的總容量，以 TB 或 PB 原始容量表示。此機架將機架中用于 TCO 計算的非存儲組件的總空間和總功率相加。由于數據中心機架具有各種功率、重量和空間配置，因此模型中不應用任意約束。對于該型號的標準用戶(hù)，可以假設標準機架具有42U的空間和大約12kW的功率。

 

　　 驅動(dòng)器

 

　　該模型分為硬盤(pán)驅動(dòng)器 （HDD） 驅動(dòng)器和固態(tài)驅動(dòng)器 （SSD） 輸入。這些對應于每個(gè)設置的機架配置。驅動(dòng)器的容量、活動(dòng)和空閑功率規格（與占空比一起用于估計總功耗）、年故障率（以 % 為單位）（型號驅動(dòng)器故障和更換成本）以及以平均價(jià)格 （ASP） 為單位的成本（需要匹配）需要輸入。

 

　　 工作負載

 

　　驅動(dòng)器性能對TCO的影響

 

　　SSD當然比HDD快得多，因此在嘗試實(shí)現特定的SLA或IOPS數量時(shí)，查看應用程序性能驅動(dòng)的TCO模型很可能會(huì )偏向于SSD。TCO 模型中可對輸出產(chǎn)生重大影響的工作負載輸入包括容量利用率因子、錯誤編碼因子、多工作負載復制因子和數據縮減技術(shù)。

 

　　性能乘數（Performance multiplier）是 SSD 相對于 HDD 在性能或 QoS 方面的優(yōu)勢，表示為達到特定 IOPS、QoS 或帶寬所需的 HDD 乘數，并且是表達設備之間應用程序性能差異的更簡(jiǎn)單方法。當更頻繁地訪(fǎng)問(wèn)數據時(shí)，所需的 IOPS/TB 量會(huì )增加。復制架構（下面介紹）也可能影響性能，因此請注意不要雙倍下降，因為這是模型中的乘數。

 

　　容量利用率（Capacity Utilization）是指在總可用容量中所用的總存儲設備中所占的百分比。通常，由于已滿(mǎn)時(shí)對性能的影響，驅動(dòng)器會(huì )留下一些可用空間，并確保為傳入數據提供足夠的可用容量。

 

　　錯誤編碼/復制（Error encoding / replication）考慮了復制和數據保護模式，如RAID或糾刪碼。例如，鏡像數據將產(chǎn)生系數 2，三重復制將產(chǎn)生 3。SSD通常比HDD具有優(yōu)勢，因為它具有可靠性，重建性能和耐用性，可以降低開(kāi)銷(xiāo)并具有相同或更好的數據持久性。包含一個(gè)參考選項卡，用于顯示 RAID 5、RAID 6 和糾刪碼的常見(jiàn)開(kāi)銷(xiāo)。

 

　　數據縮減率（Data Reduction Ratio）是按百分比的縮減率，是存儲的主機數據與所需物理存儲的比率。例如，50% 的比率相當于 2:1 的數據縮減比例。由于數據縮減允許用戶(hù)存儲比物理硬件上更多的數據，因此最終的有效容量會(huì )增加。壓縮、重復數據刪除等技術(shù)可以大大減少滿(mǎn)足"可用容量"要求所需的原始容量。與HDD相比，SSD在使用現代算法進(jìn)行壓縮方面具有優(yōu)勢，并且由于性能更高（IOPS和帶寬）而減輕了負載。這在很大程度上取決于數據的性能和訪(fǎng)問(wèn)頻率，以及壓縮發(fā)生的位置（超出此模型的范圍）。雖然壓縮率取決于算法，而不是存儲設備類(lèi)型，但壓縮和解壓縮速度將受到磁盤(pán)訪(fǎng)問(wèn)速度 （IOPS） 的限制。對于全閃存陣列的行業(yè)領(lǐng)導者來(lái)說(shuō)，數據縮減是他們在定制軟件中的附加值，他們經(jīng)常引用全閃存來(lái)實(shí)現高水平的DRR，同時(shí)提供高性能。

 

　　另一個(gè)例子是VMware vSAN，其中壓縮和重復數據刪除僅在全閃存配置中提供?，F代壓縮算法，例如，來(lái)自Facebook的ZStandard，可以實(shí)現比HDD讀/寫(xiě)快得多的壓縮和解壓縮速度，從而允許在SSD上實(shí)時(shí)使用算法。它還為閃存提供了好處，通過(guò)字典文件具有小文件可壓縮性，可顯著(zhù)提高數據庫壓縮性能。PCIe 加速器、FPGA、卸載和英特爾®快速輔助技術(shù)通常用于執行實(shí)時(shí)加密、壓縮和重復數據刪除，由于需要實(shí)時(shí)要求和高吞吐量，高性能 NVMe 固態(tài)盤(pán)具有巨大的優(yōu)勢。

 

　　占空比（Duty Cycle）是驅動(dòng)器在部署期間處于活動(dòng)狀態(tài)的時(shí)間百分比。這僅用于有源和空閑功率假設。在頻繁訪(fǎng)問(wèn)的熱存儲或溫存儲中，延遲很重要，設備永遠不會(huì )降速或進(jìn)入接近零的空閑電源狀態(tài)。在訪(fǎng)問(wèn)頻率低得多的較冷或歸檔存儲中，可以使用較低的空閑電源設置。

 

　　 運營(yíng)支出

 

　　功耗（Power）是數據中心運營(yíng)支出的最大驅動(dòng)因素之一。電源也是機架設計和管理方式的主要制約因素。模型中電源的運營(yíng)支出是通過(guò)對機架中 IT 設備（服務(wù)器、交換機、JBOD 等）的功耗和存儲的總功耗求和來(lái)計算的。存儲的功耗使用占空比進(jìn)行建模，該占空比指示設備處于空閑狀態(tài)與活動(dòng)狀態(tài)的頻率，并估計部署期間消耗的總能量。計算總耗電量后，能耗（以千瓦時(shí)為單位）和成本將使用以美元/千瓦時(shí)為單位的固定常數計算，并計算數據中心 PUE。PUE被定義為數據中心總能耗與同一時(shí)期計算，測量或評估的信息技術(shù)設備能耗的比率。在效率較低的數據中心中，與PUE非常低且通常從可再生能源消耗大量能源的超大規模數據中心相比，通常使用較大的PUE。

 

　　冷卻成本（Cooling costs）—— 典型的數據中心在冷卻成本上花費了大量的運營(yíng)支出。該模型只是假設冷卻成本內置于IT設備（風(fēng)扇，液體冷卻等）中，而不是從數據中心級別查看它。如果給定機架電源的冷卻成本是已知且固定的，則可以將其添加到機架部分中，以在給定的存儲容量上攤銷(xiāo)固定數據中心成本。

 

　　部署大量存儲時(shí)，驅動(dòng)器故障（Drive failures）是不可避免的。設備制造商通常以MTBF（平均故障間隔時(shí)間）或AFR（年度故障率）列出其故障率。這些在數學(xué)上是相關(guān)的，用MTBF = 1 / AFR * 365 * 24表示。眾所周知，SSD的故障率低于HDD，因為它們沒(méi)有移動(dòng)部件，并且不易受到機械磨損。SSD故障是眾所周知的，并且具有與HDD完全不同的故障機制。HDD故障通常超過(guò)供應商列出的故障，獨立研究表明，在過(guò)去7年的部署中，平均AFR為1.58%。在非理想條件下，在高溫、潮濕或超過(guò)硬盤(pán)額定工作負載（類(lèi)似于固態(tài)硬盤(pán)的耐久性）時(shí)，硬盤(pán)故障接近 4% AFR。

 

　　該模型計算來(lái)自機架輸入的驅動(dòng)器總數，并找到我乘以部署項的驅動(dòng)器小時(shí)數總數。然后，將其除以以小時(shí)為單位的 MTBF，以估計部署期限內的設備故障數。提供固定的更換成本，以派遣技術(shù)人員維修故障設備。假定企業(yè)級硬盤(pán)和固態(tài)硬盤(pán)享有 5 年保修，因此不承擔實(shí)際存儲的硬盤(pán)更換成本。