什麼是高性能儲存？
高效能儲存是指專為處理大量資料而設計的專用儲存解決方案，它能夠以卓越的速度、效率和可靠性實現這一目標。高效能儲存針對需要快速資料存取、低延遲和高吞吐量的環境進行了最佳化，使其成為需要快速處理龐大資料集的應用程式的關鍵資產。與傳統儲存系統相比，高效能儲存解決方案採用固態硬碟 (SSD)、 NVMe （非揮發性記憶體高速介面）以及有時採用基於 RAM 的儲存等先進技術，從而提供更快的資料存取速度。
高效能儲存解決方案通常支援資料並行讀寫，從而進一步提升速度和效率。透過同時執行多個資料操作，這些系統能夠最大限度地降低延遲並提高吞吐量，尤其是在工作負載繁重的環境中。固態硬碟 (SSD) 等技術以及NVMe 它們尤其適合併行資料處理，因為它們可以同時存取多個資料區塊，從而繞過傳統儲存中順序讀取/寫入過程的限制。這種並行化對於需要持續高速資料存取的應用至關重要。
這些解決方案通常應用於資料密集型領域，包括任何HPC科學研究、人工智慧（ AI媒體製作和金融服務等行業也需要高效能儲存。高效能儲存透過最大限度地減少延遲並提高資料傳輸速率，使系統即使在高負載下也能保持高生產力和回應速度。
高效能儲存：發展時間表
隨著企業和科研機構資料需求的不斷增長，高效能儲存技術也隨之發展。以下簡要概述了高效能儲存領域的主要創新：
- 1960年代至70年代：早期磁碟機與RAID技術
- IBM在1960年代率先推出了硬碟（HDD），實現了在磁性磁碟上儲存和檢索資料。儘管容量有限，但這些驅動器為未來的儲存解決方案奠定了基礎。
- 1970年代，獨立磁碟冗餘陣列（RAID）技術出現，透過將資料分佈在多個磁碟機上，提高了儲存效能和可靠性。 RAID提高了容錯能力並改善了檢索速度，標誌著高效能儲存系統邁出了關鍵一步。
- 1980年代至90年代：SCSI、NAS與SAN技術
- 小型電腦系統介面 (SCSI) 和網路附加儲存 (NAS) 的發展，顯著提升了資料存取速度和網路儲存能力。 SCSI 實現了更快的資料傳輸速率，而 NAS 則為企業引入了專用的檔案儲存解決方案，徹底改變了網路資料儲存方式。
- 光纖通道（FC）技術和儲存區域網路（SAN）也是在這段時期推出的。這些技術的進步使企業能夠以更高的速度、可靠性和冗餘性管理和存取大量數據，這對於企業級應用至關重要。
- 2000年代至2010年代：固態硬碟的興起NVMe以及雲端儲存
- 進入21世紀，固態硬碟（SSD）的性價比顯著提升，其速度更快、延遲更低、IOPS（每秒輸入/輸出操作數）也遠超傳統機械硬碟（HDD）。快閃記憶體技術為這些固態硬碟的實作提供了支持，這對於需要快速資料存取的環境至關重要。
- 在 2010 年代，非揮發性記憶體高速介面 (Non-Volatile Memory Express) NVMe ）出現，克服了傳統方法的局限性SATA 接口。 NVMe 利用PCIe 總線技術旨在以更低的延遲實現更快的資料傳輸。同時，雲端儲存也迅速發展，為各種工作負載提供可擴展且易於使用的高效能儲存解決方案。
- 2020年代： AI -驅動最佳化和運算存儲
- 人工智慧的整合（ AI機器學習技術實現了智慧儲存優化，能夠根據即時使用模式改進資料存取和放置。此外，將處理能力與儲存單元結合的運算存儲，正成為處理高效能工作負載（尤其是在資料密集型環境中）的創新解決方案。
高效能儲存的優勢
高效能儲存為處理大量資料集或需要快速資料處理的各行各業帶來了顯著優勢。高效能儲存系統提供低延遲和高吞吐量，幫助企業加快資料存取和檢索速度，從而加快決策速度並提高生產力。在金融服務、醫療保健和媒體製作等分秒必爭的領域，高效能儲存解決方案至關重要。例如，在金融交易中，高效能儲存可確保即時數據訪問，從而實現更快的交易速度和更精準的分析。
在科學研究、人工智慧和機器學習領域，高效能儲存使組織能夠以前所未有的速度處理和分析大量資料。高效能儲存解決方案能夠處理大型、複雜的資料集，支援高需求工作負載而不會出現瓶頸。這種強大的處理能力能夠實現更流暢的數據處理。 AI 訓練模型、基因組學研究和即時模擬。高效能儲存具有更高的可靠性和耐用性，還能減少停機時間，確保在關鍵任務環境中持續運作。
高效能儲存的挑戰與考量
實施高效能儲存解決方案會面臨一些特定的挑戰和注意事項，主要集中在複雜性和基礎架構相容性。高效能儲存技術，例如： NVMe 固態硬碟 (SSD) 和先進的運算儲存解決方案通常比傳統儲存系統成本更高。對於預算有限的組織而言，購買、部署和維護這些先進儲存解決方案的成本可能成為一大障礙。此外，將高效能儲存整合到現有基礎設施中可能需要專業知識，並且可能需要進行升級以支援更高的資料吞吐量和最大限度地降低延遲。
可擴充性和資料管理也是採用高效能儲存時需要考慮的關鍵因素。隨著數據需求的成長，企業需要可擴展的解決方案，以適應不斷增長的工作負載，同時保持效能穩定。確保儲存系統的設計能夠充分滿足當前和未來的資料需求至關重要。此外，由於資料會被頻繁地高速存取和傳輸，高效能儲存也使得資料完整性和安全性的管理變得更加複雜。為了應對這些挑戰，企業需要強大的資料管理協議和網路安全措施，以確保在高效能環境中的資料保護和合規性。
常見問題解答
- 儲存系統效能的四個衡量指標是什麼？
儲存系統的四大主要效能指標為延遲、IOPS（每秒輸入/輸出操作數）、吞吐量和容量。延遲是指資料請求和回應之間的時間延遲，對於需要快速資料存取的應用程式至關重要。 IOPS衡量儲存系統每秒可以執行的讀寫作業次數，反映了系統的反應速度。吞吐量量化了單位時間內傳輸的資料量，通常以MB/s或GB/s為單位，對於大檔案傳輸至關重要。容量是指儲存系統可以容納的資料總量，對於評估滿足長期資料需求的儲存解決方案至關重要。 - 如何計算儲存設備的 IOPS？
要計算 IOPS，需要測量每次操作的平均反應時間（以毫秒為單位）以及執行的 I/O 操作次數。公式為：IOPS = 1 秒 (1000 毫秒) / 每次操作的平均反應時間（毫秒）。例如，如果儲存系統的平均回應時間為 5 毫秒，則 IOPS 的計算公式為 200 (1000 毫秒 / 5 毫秒)。此計算結果可能會因讀取/寫入模式和區塊大小等因素而略有不同。 - 運算儲存如何增強高效能儲存？
計算型儲存將處理能力直接整合到儲存設備中，允許在本地處理資料而無需將其傳輸到雲端。 CPU這項創新縮短了數據傳輸時間並最大限度地減少了CPU 負載，提升資料密集型應用（例如）的效能AI機器學習和即時分析。運算儲存尤其適用於那些需要快速資料處理且傳統的應用程式場景。 CPU基於處理方式會造成瓶頸。