概述

總擁有成本 （TCO） 提供了一種通過計算與購買和運行 IT 設備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(yè)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并不足以滿足所有存儲工作負載。我們通過檢查存儲的資本支出 （CapEx） 以及典型數(shù)據(jù)中心機架中通常主導 IT 預算的所有其他內(nèi)容，以及由電源、冷卻和設備故障成本主導的模型運營支出 （OpEx），定義了非常適合存儲的 TCO 模型。這對于對比專門面向持久存儲的產(chǎn)品和解決方案非常有用。

總體擁有成本模型有哪些內(nèi)容

數(shù)據(jù)中心的總擁有成本分為資本支出 （CapEx） 和運營支出 （OpEx）。資本支出通常受數(shù)據(jù)中心內(nèi)的限制，可能包括硬件采購（計算，網(wǎng)絡和存儲）的價格，要管理的IT設備，軟件和操作系統(tǒng)以及安裝費用。數(shù)據(jù)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)務增長因公司而異。當前的 TCO 模型將數(shù)據(jù)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。運營支出包括能耗、設備折舊、維護、維修、IT 軟件許可和數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)縮減（壓縮、重復數(shù)據(jù)刪除等）后的實際可用存儲空間。由于原始存儲的整個資本支出成倍增加，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，通常會公布有效容量。

總體擁有成本 TCO 指標

在對存儲的總體擁有成本進行建模時，有許多指標可能很重要，包括總體系統(tǒng)級性能、耐用性和總容量。此模型主要關注 TCO $ / TBe / 機架 /月的 TCO。大型和小型數(shù)據(jù)中心都以此作為參考，以比較當前部署與未來部署，這些部署僅針對存儲持久存儲進行了優(yōu)化。TCO 由每個 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這些成本。運營支出由電源、冷卻和驅(qū)動器故障組成，并且在每個機架的有效容量范圍內(nèi)攤銷類似。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(qū)動器總數(shù)、每個服務器的驅(qū)動器總數(shù)以及每個機架的 JBOD 和服務器決定了每個機架的總容量，以 TB 或 PB 原始容量表示。此機架將機架中用于 TCO 計算的非存儲組件的總空間和總功率相加。由于數(shù)據(jù)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，可以假設標準機架具有42U的空間和大約12kW的功率。

驅(qū)動器

該模型分為硬盤驅(qū)動器 （HDD） 驅(qū)動器和固態(tài)驅(qū)動器 （SSD） 輸入。這些對應于每個設置的機架配置。驅(qū)動器的容量、活動和空閑功率規(guī)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(qū)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(qū)動器性能對TCO的影響

SSD當然比HDD快得多，因此在嘗試實現(xiàn)特定的SLA或IOPS數(shù)量時，查看應用程序性能驅(qū)動的TCO模型很可能會偏向于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(shù)據(jù)縮減技術。

性能乘數(shù)（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(shù)，并且是表達設備之間應用程序性能差異的更簡單方法。當更頻繁地訪問數(shù)據(jù)時，所需的 IOPS/TB 量會增加。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(shù)。

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，由于已滿時對性能的影響，驅(qū)動器會留下一些可用空間，并確保為傳入數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)保護模式，如RAID或糾刪碼。例如，鏡像數(shù)據(jù)將產(chǎn)生系數(shù) 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，可以降低開銷并具有相同或更好的數(shù)據(jù)持久性。包含一個參考選項卡，用于顯示 RAID 5、RAID 6 和糾刪碼的常見開銷。

數(shù)據(jù)縮減率（Data Reduction Ratio）是按百分比的縮減率，是存儲的主機數(shù)據(jù)與所需物理存儲的比率。例如，50% 的比率相當于 2:1 的數(shù)據(jù)縮減比例。由于數(shù)據(jù)縮減允許用戶存儲比物理硬件上更多的數(shù)據(jù)，因此最終的有效容量會增加。壓縮、重復數(shù)據(jù)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(xiàn)代算法進行壓縮方面具有優(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(shù)據(jù)的性能和訪問頻率，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，而不是存儲設備類型，但壓縮和解壓縮速度將受到磁盤訪問速度 （IOPS） 的限制。對于全閃存陣列的行業(yè)領導者來說，數(shù)據(jù)縮減是他們在定制軟件中的附加值，他們經(jīng)常引用全閃存來實現(xiàn)高水平的DRR，同時提供高性能。

另一個例子是VMware vSAN，其中壓縮和重復數(shù)據(jù)刪除僅在全閃存配置中提供。現(xiàn)代壓縮算法，例如，來自Facebook的ZStandard，可以實現(xiàn)比HDD讀/寫快得多的壓縮和解壓縮速度，從而允許在SSD上實時使用算法。它還為閃存提供了好處，通過字典文件具有小文件可壓縮性，可顯著提高數(shù)據(jù)庫壓縮性能。PCIe 加速器、FPGA、卸載和英特爾®快速輔助技術通常用于執(zhí)行實時加密、壓縮和重復數(shù)據(jù)刪除，由于需要實時要求和高吞吐量，高性能 NVMe 固態(tài)盤具有巨大的優(yōu)勢。

占空比（Duty Cycle）是驅(qū)動器在部署期間處于活動狀態(tài)的時間百分比。這僅用于有源和空閑功率假設。在頻繁訪問的熱存儲或溫存儲中，延遲很重要，設備永遠不會降速或進入接近零的空閑電源狀態(tài)。在訪問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。

運營支出

功耗（Power）是數(shù)據(jù)中心運營支出的最大驅(qū)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通過對機架中 IT 設備（服務器、交換機、JBOD 等）的功耗和存儲的總功耗求和來計算的。存儲的功耗使用占空比進行建模，該占空比指示設備處于空閑狀態(tài)與活動狀態(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（以千瓦時為單位）和成本將使用以美元/千瓦時為單位的固定常數(shù)計算，并計算數(shù)據(jù)中心 PUE。PUE被定義為數(shù)據(jù)中心總能耗與同一時期計算，測量或評估的信息技術設備能耗的比率。在效率較低的數(shù)據(jù)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(guī)模數(shù)據(jù)中心相比，通常使用較大的PUE。

冷卻成本（Cooling costs）—— 典型的數(shù)據(jù)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(nèi)置于IT設備（風扇，液體冷卻等）中，而不是從數(shù)據(jù)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固定數(shù)據(jù)中心成本。

部署大量存儲時，驅(qū)動器故障（Drive failures）是不可避免的。設備制造商通常以MTBF（平均故障間隔時間）或AFR（年度故障率）列出其故障率。這些在數(shù)學上是相關的，用MTBF = 1 / AFR * 365 * 24表示。眾所周知，SSD的故障率低于HDD，因為它們沒有移動部件，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、潮濕或超過硬盤額定工作負載（類似于固態(tài)硬盤的耐久性）時，硬盤故障接近 4% AFR。

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