概述
總擁有成本 （TCO） 提供了一種通過(guò)計(jì)算與購(gòu)買和運(yùn)行 IT 設(shè)備相關(guān)的所有成本來(lái)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(guò)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(lái)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(pán)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(wèn)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(kāi)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(jiàn)開(kāi)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(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(chǔ)設(shè)備類型，但壓縮和解壓縮速度將受到磁盤(pán)訪問(wèn)速度 （IOPS） 的限制。對(duì)于全閃存陣列的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)縮減是他們?cè)诙ㄖ栖浖械母郊又?，他們?jīng)常引用全閃存來(lái)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(lái)自Facebook的ZStandard，可以實(shí)現(xiàn)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(pán)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(wèn)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(wèn)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(guò)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(lái)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](méi)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(guò)供應(yīng)商列出的故障，獨(dú)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(fù)載（類似于固態(tài)硬盤(pán)的耐久性）時(shí)，硬盤(pán)故障接近 4% AFR。
該模型計(jì)算來(lái)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(pán)和固態(tài)硬盤(pán)享有 5 年保修，因此不承擔(dān)實(shí)際存儲(chǔ)的硬盤(pán)更換成本。
