概述

總擁有成本 （TCO） 提供了一種通過計(jì)算與購(gòu)買和運(yùn)行 IT 設(shè)備相關(guān)的所有成本來了解客戶如何做出購(gòu)買決策的方法,。不同客戶的業(yè)務(wù)目標(biāo)和購(gòu)買標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)工作負(fù)載,。我們通過檢查存儲(chǔ)的資本支出 （CapEx） 以及典型數(shù)據(jù)中心機(jī)架中通常主導(dǎo) IT 預(yù)算的所有其他內(nèi)容，以及由電源,、冷卻和設(shè)備故障成本主導(dǎo)的模型運(yùn)營(yíng)支出 （OpEx）,，定義了非常適合存儲(chǔ)的 TCO 模型。這對(duì)于對(duì)比專門面向持久存儲(chǔ)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(yùn)營(yíng)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(gòu)（計(jì)算,，網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)）的價(jià)格,，要管理的IT設(shè)備，軟件和操作系統(tǒng)以及安裝費(fèi)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(fèi)用）和業(yè)務(wù)增長(zhǎng)因公司而異。當(dāng)前的 TCO 模型將數(shù)據(jù)中心資本支出作為以“機(jī)柜費(fèi)用/年”（Rack Cost per Year）的一項(xiàng)固定支出,。運(yùn)營(yíng)支出包括能耗,、設(shè)備折舊、維護(hù),、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(biāo)記為 “TBe”（terabytes effective）,。這是復(fù)制,、容量利用率和數(shù)據(jù)縮減（壓縮、重復(fù)數(shù)據(jù)刪除等）后的實(shí)際可用存儲(chǔ)空間,。由于原始存儲(chǔ)的整個(gè)資本支出成倍增加,，這對(duì)總體擁有成本產(chǎn)生了巨大影響。企業(yè)存儲(chǔ),、全閃存陣列和其他公司在考慮存儲(chǔ)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(biāo)

在對(duì)存儲(chǔ)的總體擁有成本進(jìn)行建模時(shí),，有許多指標(biāo)可能很重要，包括總體系統(tǒng)級(jí)性能、耐用性和總?cè)萘?。此模型主要關(guān)注 TCO $ / TBe / 機(jī)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(dāng)前部署與未來部署,，這些部署僅針對(duì)存儲(chǔ)持久存儲(chǔ)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(jī)架的總成本,，并將它們與存儲(chǔ)的總成本相加,，并在有效容量總量中攤銷這些成本。運(yùn)營(yíng)支出由電源,、冷卻和驅(qū)動(dòng)器故障組成,，并且在每個(gè)機(jī)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(jī)架配置成本中的任何靜態(tài)字段中。

對(duì)機(jī)架配置進(jìn)行建模

模型中的機(jī)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(qū)動(dòng)器總數(shù),、每個(gè)服務(wù)器的驅(qū)動(dòng)器總數(shù)以及每個(gè)機(jī)架的 JBOD 和服務(wù)器決定了每個(gè)機(jī)架的總?cè)萘?，?TB 或 PB 原始容量表示。此機(jī)架將機(jī)架中用于 TCO 計(jì)算的非存儲(chǔ)組件的總空間和總功率相加,。由于數(shù)據(jù)中心機(jī)架具有各種功率,、重量和空間配置，因此模型中不應(yīng)用任意約束,。對(duì)于該型號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)用戶,，可以假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架具有42U的空間和大約12kW的功率。

驅(qū)動(dòng)器

該模型分為硬盤驅(qū)動(dòng)器 （HDD） 驅(qū)動(dòng)器和固態(tài)驅(qū)動(dòng)器 （SSD） 輸入,。這些對(duì)應(yīng)于每個(gè)設(shè)置的機(jī)架配置,。驅(qū)動(dòng)器的容量、活動(dòng)和空閑功率規(guī)格（與占空比一起用于估計(jì)總功耗）,、年故障率（以 % 為單位）（型號(hào)驅(qū)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(fù)載

驅(qū)動(dòng)器性能對(duì)TCO的影響

SSD當(dāng)然比HDD快得多，因此在嘗試實(shí)現(xiàn)特定的SLA或IOPS數(shù)量時(shí),，查看應(yīng)用程序性能驅(qū)動(dòng)的TCO模型很可能會(huì)偏向于SSD,。TCO 模型中可對(duì)輸出產(chǎn)生重大影響的工作負(fù)載輸入包括容量利用率因子、錯(cuò)誤編碼因子,、多工作負(fù)載復(fù)制因子和數(shù)據(jù)縮減技術(shù),。

性能乘數(shù)（Performance multiplier）是 SSD 相對(duì)于 HDD 在性能或 QoS 方面的優(yōu)勢(shì),，表示為達(dá)到特定 IOPS、QoS 或帶寬所需的 HDD 乘數(shù),，并且是表達(dá)設(shè)備之間應(yīng)用程序性能差異的更簡(jiǎn)單方法,。當(dāng)更頻繁地訪問數(shù)據(jù)時(shí)，所需的 IOPS/TB 量會(huì)增加,。復(fù)制架構(gòu)（下面介紹）也可能影響性能,，因此請(qǐng)注意不要雙倍下降，因?yàn)檫@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(chǔ)設(shè)備中所占的百分比,。通常，由于已滿時(shí)對(duì)性能的影響,，驅(qū)動(dòng)器會(huì)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(cuò)誤編碼/復(fù)制（Error encoding / replication）考慮了復(fù)制和數(shù)據(jù)保護(hù)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(fù)制將產(chǎn)生 3,。SSD通常比HDD具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗哂锌煽啃?，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(gè)參考選項(xiàng)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(chǔ)的主機(jī)數(shù)據(jù)與所需物理存儲(chǔ)的比率,。例如，50% 的比率相當(dāng)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(chǔ)比物理硬件上更多的數(shù)據(jù),，因此最終的有效容量會(huì)增加。壓縮,、重復(fù)數(shù)據(jù)刪除等技術(shù)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(jìn)行壓縮方面具有優(yōu)勢(shì),，并且由于性能更高（IOPS和帶寬）而減輕了負(fù)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(chǔ)設(shè)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(duì)于全閃存陣列的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者來說,，數(shù)據(jù)縮減是他們?cè)诙ㄖ栖浖械母郊又担麄兘?jīng)常引用全閃存來實(shí)現(xiàn)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(fù)數(shù)據(jù)刪除僅在全閃存配置中提供?，F(xiàn)代壓縮算法,，例如，來自Facebook的ZStandard,，可以實(shí)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(shí)時(shí)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(kù)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(zhí)行實(shí)時(shí)加密、壓縮和重復(fù)數(shù)據(jù)刪除,，由于需要實(shí)時(shí)要求和高吞吐量,，高性能 NVMe 固態(tài)盤具有巨大的優(yōu)勢(shì)。

占空比（Duty Cycle）是驅(qū)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(shè),。在頻繁訪問的熱存儲(chǔ)或溫存儲(chǔ)中，延遲很重要,，設(shè)備永遠(yuǎn)不會(huì)降速或進(jìn)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(chǔ)中，可以使用較低的空閑電源設(shè)置,。

運(yùn)營(yíng)支出

功耗（Power）是數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)支出的最大驅(qū)動(dòng)因素之一,。電源也是機(jī)架設(shè)計(jì)和管理方式的主要制約因素。模型中電源的運(yùn)營(yíng)支出是通過對(duì)機(jī)架中 IT 設(shè)備（服務(wù)器,、交換機(jī),、JBOD 等）的功耗和存儲(chǔ)的總功耗求和來計(jì)算的。存儲(chǔ)的功耗使用占空比進(jìn)行建模,，該占空比指示設(shè)備處于空閑狀態(tài)與活動(dòng)狀態(tài)的頻率,，并估計(jì)部署期間消耗的總能量。計(jì)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(shù)計(jì)算,，并計(jì)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(shí)期計(jì)算，測(cè)量或評(píng)估的信息技術(shù)設(shè)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(fèi)了大量的運(yùn)營(yíng)支出,。該模型只是假設(shè)冷卻成本內(nèi)置于IT設(shè)備（風(fēng)扇，液體冷卻等）中,，而不是從數(shù)據(jù)中心級(jí)別查看它,。如果給定機(jī)架電源的冷卻成本是已知且固定的，則可以將其添加到機(jī)架部分中,，以在給定的存儲(chǔ)容量上攤銷固定數(shù)據(jù)中心成本,。

部署大量存儲(chǔ)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器故障（Drive failures）是不可避免的,。設(shè)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(shù)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?yàn)樗鼈儧]有移動(dòng)部件,，并且不易受到機(jī)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(jī)制,。HDD故障通常超過供應(yīng)商列出的故障,，獨(dú)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(fù)載（類似于固態(tài)硬盤的耐久性）時(shí),，硬盤故障接近 4% AFR。

該模型計(jì)算來自機(jī)架輸入的驅(qū)動(dòng)器總數(shù),，并找到我乘以部署項(xiàng)的驅(qū)動(dòng)器小時(shí)數(shù)總數(shù),。然后，將其除以以小時(shí)為單位的 MTBF,，以估計(jì)部署期限內(nèi)的設(shè)備故障數(shù),。提供固定的更換成本，以派遣技術(shù)人員維修故障設(shè)備,。假定企業(yè)級(jí)硬盤和固態(tài)硬盤享有 5 年保修,，因此不承擔(dān)實(shí)際存儲(chǔ)的硬盤更換成本,。