資料中心儲存 TCO 模型

　　 概述

　　總擁有成本 （TCO） 提供了一種透過計算與購買和執行 IT 裝置相關的所有成本來了解客戶如何做出購買決策的方法。不同客戶的業務目標和購買標準差異很大，因此，一刀切的總體擁有成本模型並不足以滿足所有儲存工作負載。我們透過檢查儲存的資本支出 （CapEx） 以及典型資料中心機架中通常主導 IT 預算的所有其他內容，以及由電源、冷卻和裝置故障成本主導的模型運營支出 （OpEx），定義了非常適合儲存的 TCO 模型。這對於對比專門面向持久儲存的產品和解決方案非常有用。

　　 總體擁有成本模型有哪些內容

　　資料中心的總擁有成本分為資本支出 （CapEx） 和運營支出 （OpEx）。資本支出通常受資料中心內的限制，可能包括硬體採購（計算，網路和儲存）的價格，要管理的IT裝置，軟體和作業系統以及安裝費用。資料中心本身的資本支出（包括建築、房產、政府、稅收、其他費用）和業務增長因公司而異。當前的 TCO 模型將資料中心資本支出作為以“機櫃費用/年”（Rack Cost per Year）的一項固定支出。運營支出包括能耗、裝置折舊、維護、維修、IT 軟體許可和資料中心員工成本。

　　有效容量（Effective capacity）被標記為 “TBe”（terabytes effective）。這是複製、容量利用率和資料縮減（壓縮、重複資料刪除等）後的實際可用儲存空間。由於原始儲存的整個資本支出成倍增加，這對總體擁有成本產生了巨大影響。企業儲存、全快閃記憶體陣列和其他公司在考慮儲存的成本/TB（cost / TB） 時，通常會公佈有效容量。

　　 總體擁有成本 TCO 指標

　　在對儲存的總體擁有成本進行建模時，有許多指標可能很重要，包括總體系統級效能、耐用性和總容量。此模型主要關注 TCO $ / TBe / 機架 /月的 TCO。大型和小型資料中心都以此作為參考，以比較當前部署與未來部署，這些部署僅針對儲存持久儲存進行了最佳化。TCO 由每個 TBe 的資本支出組成，該資本支出採用所有 IT 硬體和機架的總成本，並將它們與儲存的總成本相加，並在有效容量總量中攤銷這些成本。運營支出由電源、冷卻和驅動器故障組成，並且在每個機架的有效容量範圍內攤銷類似。此模型不包括軟體許可成本，但如果需要，可以輕鬆將其新增到機架配置成本中的任何靜態欄位中。

　　 對機架配置進行建模

　　模型中的機架輸入有兩列，分別表示一個 HDD 配置和一個 SSD 配置，以便進行有用的比較。每個 JBOD 的驅動器總數、每個伺服器的驅動器總數以及每個機架的 JBOD 和伺服器決定了每個機架的總容量，以 TB 或 PB 原始容量表示。此機架將機架中用於 TCO 計算的非儲存元件的總空間和總功率相加。由於資料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。對於該型號的標準使用者，可以假設標準機架具有42U的空間和大約12kW的功率。

　　 驅動器

　　該模型分為硬碟驅動器 （HDD） 驅動器和固態驅動器 （SSD） 輸入。這些對應於每個設定的機架配置。驅動器的容量、活動和空閒功率規格（與佔空比一起用於估計總功耗）、年故障率（以 % 為單位）（型號驅動器故障和更換成本）以及以平均價格 （ASP） 為單位的成本（需要匹配）需要輸入。

　　 工作負載

　　驅動器效能對TCO的影響

　　SSD當然比HDD快得多，因此在嘗試實現特定的SLA或IOPS數量時，檢視應用程式效能驅動的TCO模型很可能會偏向於SSD。TCO 模型中可對輸出產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、多工作負載複製因子和資料縮減技術。

　　效能乘數（Performance multiplier）是 SSD 相對於 HDD 在效能或 QoS 方面的優勢，表示為達到特定 IOPS、QoS 或頻寬所需的 HDD 乘數，並且是表達裝置之間應用程式效能差異的更簡單方法。當更頻繁地訪問資料時，所需的 IOPS/TB 量會增加。複製架構（下面介紹）也可能影響效能，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儲存裝置中所佔的百分比。通常，由於已滿時對效能的影響，驅動器會留下一些可用空間，並確保為傳入資料提供足夠的可用容量。

　　錯誤編碼/複製（Error encoding / replication）考慮了複製和資料保護模式，如RAID或糾刪碼。例如，映象資料將產生係數 2，三重複制將產生 3。SSD通常比HDD具有優勢，因為它具有可靠性，重建效能和耐用性，可以降低開銷並具有相同或更好的資料永續性。包含一個參考選項卡，用於顯示 RAID 5、RAID 6 和糾刪碼的常見開銷。

　　資料縮減率（Data Reduction Ratio）是按百分比的縮減率，是儲存的主機資料與所需物理儲存的比率。例如，50% 的比率相當於 2:1 的資料縮減比例。由於資料縮減允許使用者儲存比物理硬體上更多的資料，因此最終的有效容量會增加。壓縮、重複資料刪除等技術可以大大減少滿足"可用容量"要求所需的原始容量。與HDD相比，SSD在使用現代演算法進行壓縮方面具有優勢，並且由於效能更高（IOPS和頻寬）而減輕了負載。這在很大程度上取決於資料的效能和訪問頻率，以及壓縮發生的位置（超出此模型的範圍）。雖然壓縮率取決於演算法，而不是儲存裝置型別，但壓縮和解壓縮速度將受到磁碟訪問速度 （IOPS） 的限制。對於全快閃記憶體陣列的行業領導者來說，資料縮減是他們在定製軟體中的附加值，他們經常引用全快閃記憶體來實現高水平的DRR，同時提供高效能。

　　另一個例子是VMware vSAN，其中壓縮和重複資料刪除僅在全快閃記憶體配置中提供。現代壓縮演算法，例如，來自Facebook的ZStandard，可以實現比HDD讀/寫快得多的壓縮和解壓縮速度，從而允許在SSD上實時使用演算法。它還為快閃記憶體提供了好處，透過字典檔案具有小檔案可壓縮性，可顯著提高資料庫壓縮效能。PCIe 加速器、FPGA、解除安裝和英特爾®快速輔助技術通常用於執行實時加密、壓縮和重複資料刪除，由於需要實時要求和高吞吐量，高效能 NVMe 固態盤具有巨大的優勢。

　　佔空比（Duty Cycle）是驅動器在部署期間處於活動狀態的時間百分比。這僅用於有源和空閒功率假設。在頻繁訪問的熱儲存或溫儲存中，延遲很重要，裝置永遠不會降速或進入接近零的空閒電源狀態。在訪問頻率低得多的較冷或歸檔儲存中，可以使用較低的空閒電源設定。

　　 運營支出

　　功耗（Power）是資料中心運營支出的最大驅動因素之一。電源也是機架設計和管理方式的主要制約因素。模型中電源的運營支出是透過對機架中 IT 裝置（伺服器、交換機、JBOD 等）的功耗和儲存的總功耗求和來計算的。儲存的功耗使用佔空比進行建模，該佔空比指示裝置處於空閒狀態與活動狀態的頻率，並估計部署期間消耗的總能量。計算總耗電量後，能耗（以千瓦時為單位）和成本將使用以美元/千瓦時為單位的固定常數計算，並計算資料中心 PUE。PUE被定義為資料中心總能耗與同一時期計算，測量或評估的資訊科技裝置能耗的比率。在效率較低的資料中心中，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資料中心相比，通常使用較大的PUE。

　　冷卻成本（Cooling costs）—— 典型的資料中心在冷卻成本上花費了大量的運營支出。該模型只是假設冷卻成本內建於IT裝置（風扇，液體冷卻等）中，而不是從資料中心級別檢視它。如果給定機架電源的冷卻成本是已知且固定的，則可以將其新增到機架部分中，以在給定的儲存容量上攤銷固定資料中心成本。

　　部署大量儲存時，驅動器故障（Drive failures）是不可避免的。裝置製造商通常以MTBF（平均故障間隔時間）或AFR（年度故障率）列出其故障率。這些在數學上是相關的，用MTBF = 1 / AFR * 365 * 24表示。眾所周知，SSD的故障率低於HDD，因為它們沒有移動部件，並且不易受到機械磨損。SSD故障是眾所周知的，並且具有與HDD完全不同的故障機制。HDD故障通常超過供應商列出的故障，獨立研究表明，在過去7年的部署中，平均AFR為1.58%。在非理想條件下，在高溫、潮溼或超過硬碟額定工作負載（類似於固態硬碟的耐久性）時，硬碟故障接近 4% AFR。

　　該模型計算來自機架輸入的驅動器總數，並找到我乘以部署項的驅動器小時數總數。然後，將其除以以小時為單位的 MTBF，以估計部署期限內的裝置故障數。提供固定的更換成本，以派遣技術人員維修故障裝置。假定企業級硬碟和固態硬碟享有 5 年保修，因此不承擔實際儲存的硬碟更換成本。