本文說明 Google Cloud Hyperdisk 的功能。Hyperdisk 是 Compute Engine 最快、最有效率的耐用磁碟。如需運算執行個體 (虛擬機器 (VM) 執行個體、容器和裸機執行個體) 的開機磁碟或資料磁碟，建議使用 Hyperdisk。
如要瞭解 Compute Engine 中的其他區塊儲存空間選項，請參閱「選擇磁碟類型」。
如要建立新的 Hyperdisk 磁碟區，請參閱「建立 Hyperdisk 磁碟區」。
Hyperdisk 功能
有了 Hyperdisk，您就能佈建、管理及擴充 Compute Engine 工作負載，不必像一般地端部署儲存區域網路 (SAN) 一樣，承擔高昂費用和複雜作業。
Hyperdisk 磁碟區具有下列功能：
做為實體磁碟：您可以將 Hyperdisk 磁碟區與運算執行個體搭配使用，就像是連接至執行個體的實體磁碟一樣。讀取或寫入 Hyperdisk 磁碟區時，資料會透過網路傳輸。
效能更高：Hyperdisk 採用 Google 的 Titanium 儲存空間卸載技術，IOPS 和處理量都高於永久磁碟。
可自訂效能：您可以選擇每個 Hyperdisk 磁碟區的效能 (IOPS 或處理量)。您也可以在 Hyperdisk 磁碟區使用期間，提高或降低其效能。
支援高可用性：萬一發生可用區或區域性服務中斷，您可以啟用下列一或多項功能，確保資料維持高可用性：
如要在可用區服務中斷時保護資料，請使用 Hyperdisk Balanced High Availability。Hyperdisk Balanced High Availability 磁碟區的資料會在同一個區域內的兩個可用區之間同步複製，防止最多一個可用區發生服務中斷。
為避免資料因區域性服務中斷而遺失，請使用非同步複製功能，在其他區域保留資料副本。為磁碟啟用非同步複製功能後，某個區域的資料會持續複製到次要區域的副本。如果發生區域性服務中斷，您可以將資料容錯移轉至次要區域。非同步複製功能適用於 Hyperdisk Balanced、Hyperdisk Balanced High Availability 和 Hyperdisk Extreme 磁碟區。
可攜性：您可以變更 Hyperdisk 磁碟區所連結的運算執行個體。
可在 VM 之間共用：對於高可用性工作負載，多個 VM 可以共用特定 Hyperdisk 類型。每個 VM 都能同時以讀寫或唯讀模式存取磁碟區。
支援共用容量和效能：如要簡化規劃、避免過度佈建儲存空間並降低成本，您可以使用 Hyperdisk 儲存空間集區，大量購買 Hyperdisk 儲存空間和效能。
不完整寫入保護：Hyperdisk 內建不完整寫入保護功能，可防止寫入作業因停電或系統當機等事件中斷，導致資料損毀。詳情請參閱「防寫保護」。
為工作負載選擇 Hyperdisk 類型
如要將 Hyperdisk 磁碟區新增至工作負載，請務必選擇 Hyperdisk 類型。每種 Hyperdisk 類型都經過設計和最佳化，適用於特定類型的工作負載。以下列出可用的 Hyperdisk 類型。
- Hyperdisk Balanced
- Hyperdisk Balanced High Availability
- Hyperdisk Extreme
- Hyperdisk Throughput
- Hyperdisk ML
多數工作負載都建議使用 Hyperdisk Balanced。
如要選取 Hyperdisk 類型，請比較工作負載類型和效能需求，並參考下表資訊。如要進一步瞭解特定 Hyperdisk 類型，請參閱「Recommended Hyperdisk type」(建議的 Hyperdisk 類型) 欄中的連結頁面。
在下表中，IOPS (每秒輸入/輸出作業數) 代表磁碟區每秒可執行的讀取和寫入作業數。處理量是指每秒可從磁碟區讀取或寫入的資料量。
| 工作負載類型 | 建議的 Hyperdisk 類型 |
獨特功能 | 每個磁碟區的最大 IOPS 和處理量 |
|---|---|---|---|
|
Hyperdisk Balanced |
|
IOPS：160,000 處理量：2,400 MiB/s |
|
Hyperdisk Balanced High Availability |
|
IOPS：100,000 處理量：2,400 MiB/s |
|
Hyperdisk Extreme |
|
IOPS：350,000 輸送量：5,000 MiB/s1 |
|
Hyperdisk ML |
|
IOPS：33,554,4322 輸送量：2,097,152 MiB/s |
|
Hyperdisk Throughput |
|
IOPS：9,6002 輸送量：2,400 MiB/s |
1 您無法為 Hyperdisk Extreme 磁碟區指定輸送量等級。佈建輸送量取決於您指定的 IOPS 級別。
2 您無法為 Hyperdisk Throughput 和 Hyperdisk ML 磁碟區指定 IOPS 級別。佈建的 IOPS 取決於您指定的處理量等級。
Hyperdisk 大小限制
下表列出各 Hyperdisk 類型的容量限制。
| 磁碟類型 | 大小下限 | 大小上限 | 預設大小 |
|---|---|---|---|
| Hyperdisk Balanced | 4 GiB | 64 TiB1 | 100 GiB |
| Hyperdisk Balanced High Availability | 4 GiB | 64 TiB | 100 GiB |
| Hyperdisk Extreme | 64 GiB | 64 TiB | 1 TiB |
| Hyperdisk Throughput | 2 TiB | 32 TiB | 2 TiB |
| Hyperdisk ML | 4 GiB | 64 TiB | 100 GiB |
Hyperdisk 效能
以下摘要說明 Hyperdisk 的重要效能概念：
- 您可以設定每個 Hyperdisk 磁碟區的效能 (IOPS 和/或處理量) 限制和大小。您也可以增加或減少 Hyperdisk 磁碟區的效能，而不必變更大小。
- 您指定的效能限制稱為「佈建效能」。佈建效能並非預期效能，而是磁碟可達到的最大效能。
- Hyperdisk 磁碟區的實際效能是指磁碟區使用期間的觀察效能。
- 如要讓 Hyperdisk 磁碟區達到佈建效能，必須將其連結至支援相同或更高層級效能的運算執行個體。
- 新的 Hyperdisk 磁碟區可立即達到佈建的效能，不需要預先暖機。
如要瞭解 Hyperdisk 效能的運作方式，請參閱「關於 Hyperdisk 效能」。 如要瞭解各 Hyperdisk 類型的效能限制，請參閱「Hyperdisk 效能限制」。
延遲時間
每種 Hyperdisk 類型都有不同的延遲時間設定檔。Google 建議將 Hyperdisk Throughput 與傳統硬碟的延遲時間進行比較。您可以比較 Hyperdisk Balanced、Hyperdisk Balanced High Availability、Hyperdisk Extreme 和 Hyperdisk ML 的延遲時間，與企業級 SSD 的延遲時間。
Hyperdisk Balanced 和 Hyperdisk Extreme 的延遲時間不到 1 毫秒。
防寫保護中斷
寫入中斷是一種損毀類型，當涵蓋多個區塊的單一寫入作業中斷時，就會發生這種情況。這類中斷通常是由系統當機或停電等事件造成。當寫入作業涵蓋多個區塊時，實體磁碟通常會以非不可分割的方式處理這些寫入作業。中斷代表只有部分資料區塊寫入磁碟。新舊資料混合的結果可能會損害資料完整性。
Google Cloud Hyperdisk 提供內建的防寫保護功能。所有 Hyperdisk 類型都支援 128 KB 的不可分割寫入單位，以及 1 MB 的不可分割寫入邊界。寫入 Hyperdisk 磁碟區時，只要寫入作業不超過磁碟上任何 1 MB 倍數的偏移量，最多 128 KB 的寫入作業就會是不可分割。這種不可分割性可確保多區塊寫入作業會產生下列其中一種結果：
- 未中斷：所有區塊都已成功寫入磁碟。
- 中斷：不進行任何變更，並保留現有資料。
不完整寫入保護機制的優點
部分關聯式資料庫會使用雙重寫入緩衝區，防止寫入不完整。雙寫緩衝區的例子包括 MySQL 和 MariaDB 的 InnoDB 和 XtraDB 儲存引擎。不過，使用雙寫緩衝區會導致這些工作負載向磁碟發出更多 I/O 作業，進而降低資料庫寫入效能。其他儲存空間工作負載也使用類似機制，防止寫入不完整。
由於 Google Cloud Hyperdisk 提供內建的寫入作業中斷保護機制，您可以停用資料庫層級的保護功能，減少 I/O 負擔。因此，資料庫寫入處理量最多可提高 25%。
如要使用內建的部分寫入保護功能，您必須正確設定作業系統、檔案系統和資料庫。詳情請參閱「環境設定規定」。
支援 Hyperdisk 的機器系列
本節列出各 Hyperdisk 類型支援的機器系列。如果機器系列不支援 Hyperdisk，請使用永久磁碟。
選取一或多個機器系列，即可查看支援的 Hyperdisk 類型。
| 機器系列 | Hyperdisk Balanced | Hyperdisk Balanced HA | Hyperdisk Extreme | Hyperdisk Throughput | Hyperdisk ML |
|---|---|---|---|---|---|
| A2 | — | — | — | — | |
| A3 (H100) | |||||
| A3 (H200) | — | ||||
| A4 | — | — | |||
| A4X | — | — | |||
| A4X Max | — | ||||
| C2 | — | — | — | — | — |
| C2D | 1 | 1 | — | — | — |
| C3 | |||||
| C3D | |||||
| C4 | |||||
| C4A | |||||
| C4D | |||||
| C4N | |||||
| E2 | 1 | 1 | — | — | — |
| G2 | — | — | — | ||
| G4 | |||||
| H3 | — | — | — | ||
| H4D | — | — | — | — | |
| M1 | — | — | — | ||
| M2 | — | — | — | ||
| M3 | — | ||||
| M4 | — | — | — | ||
| M4N | |||||
| N1 | 1 | 1 | — | — | — |
| N1+GPU | — | — | — | — | — |
| N2 | 1 | 1 | — | ||
| N2D | 1 | 1 | — | — | |
| N4 | — | ||||
| N4A | — | ||||
| N4D | — | ||||
| T2A | — | — | — | — | — |
| T2D | — | — | — | — | |
| TPU v2 | — | — | — | — | — |
| TPU v3 | — | — | — | — | — |
| TPU v4 | — | — | — | — | — |
| TPU v5e | — | — | — | — | |
| TPU v5p | — | — | — | — | |
| TPU v6e | — | — | — | ||
| TPU7x | — | — | — | ||
| X4 | — | — | — | ||
| X5 | |||||
| Z3 | — | ||||
| Z4D | |||||
| Z4M |
針對舊版機器系列設計彈性
Hyperdisk Balanced 和 Hyperdisk Balanced High Availability 也支援部分前一代機器家族，方便您靈活設計跨世代架構。
前幾代 Hyperdisk Balanced 和 Hyperdisk Balanced High Availability 適用於長期磁碟，其生命週期會超過執行個體的持續時間。
如果磁碟的生命週期與執行個體相同 (例如開機磁碟)，請使用區塊儲存空間預設值：第 1 代和第 2 代機器系列使用永久磁碟，較新一代的執行個體則使用 Hyperdisk。舉例來說，如果您需要 N2 執行個體的開機磁碟，請使用 Balanced 或 SSD 永久磁碟磁碟區，而非 Hyperdisk 磁碟區。
如要搭配這些機器系列使用 Hyperdisk，請與帳戶團隊聯絡。
機器系列支援的限制
本節列出各 Hyperdisk 類型支援的機器系列限制。
- Hyperdisk Extreme 適用下列限制：
- A3 機型至少需要 104 個 vCPU，因此不支援
a3-highgpu-1g和a3-highgpu-2g。 - C3 機型至少需要 88 個 vCPU。
- C3D 機型至少需要 60 個 vCPU。
- C4 和 G4 機型至少需要 96 個 vCPU。
- M1 機型至少需要 80 個 vCPU。
- C4A、C4D、M3 和 M4 機型至少需要 64 個 vCPU。
- N2 機型至少需要 80 個 vCPU；不支援自訂 N2 機型
- A3 機型至少需要 104 個 vCPU，因此不支援
- Hyperdisk Throughput 適用下列限制：
- Hyperdisk Throughput 無法用於裸機執行個體，但 C4D 和 A4X Max 裸機執行個體除外。
- 將 Hyperdisk Throughput 磁碟區附加至特定機器系列 (包括 C4、C4A 和 N4) 時，須遵守其他限制。詳情請參閱「 將 Hyperdisk Throughput 磁碟區連結至第 4 代執行個體的限制」。
- 如要搭配下列機器系列使用 Hyperdisk Balanced 和 Hyperdisk Balanced High Availability，請聯絡帳戶團隊：
- C2D
- E2
- N1
- N2
- N2D
Hyperdisk 的區域可用性
部分 Hyperdisk 類型適用於所有區域和可用區，其他類型則僅適用於特定位置。下表摘要列出各 Hyperdisk 類型的區域適用情形。
| Hyperdisk 類型 | 支援的地區 |
|---|---|
| Hyperdisk Balanced | 適用於所有可用區和區域 |
| Hyperdisk Balanced High Availability | 適用於所有可用區和區域，但 AI 可用區除外 |
| Hyperdisk Extreme | 適用於所有可用區和區域 |
| Hyperdisk ML | 適用於所有可用區和區域 |
| Hyperdisk Throughput | 適用於所有可用區和區域 |
何時應搭配工作負載使用 Hyperdisk 集區
您可以使用 Hyperdisk 集區簡化磁碟管理作業，並降低成本。Hyperdisk 集區可讓您大量購買容量和效能，不必為個別磁碟購買。然後在集區中建立磁碟，使用購買的資源。集區中的磁碟可做為執行個體和容器的開機磁碟和資料磁碟。
Hyperdisk 集區也提供可預測的效能，適用於尖峰容量和效能需求高的工作負載。如果專案的磁碟在某個可用區有高並行或預先佈建的容量、IOPS 或處理量用量，Google 建議使用 Hyperdisk 集區管理專案的磁碟。
一般來說，如果工作負載在單一專案和可用區內有下列一或多項需求，就應使用 Hyperdisk 集區：
| 工作負載類型 | 使用 Hyperdisk 集區的門檻 | 建議的集區類型 |
|---|---|---|
|
連接開機磁碟和暫存磁碟的加速器 (GPU / TPU) 執行個體 HDFS 或 Lustre 等平行檔案系統，且並行用量高 |
|
|
|
大型企業工作負載，例如企業應用程式、DBMS 或業務範圍應用程式 AI/機器學習和 HPC 模擬工作負載 |
|
|
以下是適合 Hyperdisk 集區的工作負載範例：
-
Hyperdisk Exapools 的工作負載範例：
- AI/機器學習工作負載橫跨 4,000 個 TPU VM，並使用 2 PiB 的 Hyperdisk Balanced，佈建效能為 20,000,000 IOPS 和 3 TiB/s 處理量，可驅動 500 GiB/s 的並行匯總尖峰處理量。
- AI/機器學習訓練工作負載，包含 15,000 個 GPU 執行個體，使用 Hyperdisk Balanced 做為開機和臨時磁碟，總容量為 8 PiB，並行匯總峰值處理量為 1 TiB/s。
- 平行檔案系統，容量至少 6 PiB，並行匯總峰值為 800 GiB/s 的讀取密集處理量。
-
Hyperdisk 儲存空間集區的範例工作負載：
- 使用 1,000 個 GPU 執行個體，搭配 Hyperdisk Balanced 磁碟區和本機 SSD 做為共用快取，進行 AI/ML 和 HPC 模擬工作負載。
- 工作負載分散於多個資料庫和應用程式，且資料庫和應用程式使用的多個磁碟區，已佈建 100 TiB 的容量。
Hyperdisk 集區可使用 Hyperdisk Balanced 或 Hyperdisk Throughput 磁碟區。如要進一步瞭解集區，請參閱「關於 Hyperdisk 集區」。
在執行個體之間共用 Hyperdisk 磁碟區
您可以同時將同一個磁碟區連結至多個執行個體，在多個執行個體之間共用 Hyperdisk 磁碟區。
系統支援下列情境：
從多個執行個體同時讀取/寫入單一磁碟區。建議用於叢集檔案系統和高可用性工作負載，例如 SQL Server 容錯移轉叢集基礎架構。支援下列 Hyperdisk 類型：
- Hyperdisk Balanced
- Hyperdisk Extreme
- Hyperdisk Balanced High Availability
從多個執行個體同時唯讀存取單一磁碟區。相較於使用多個含有相同資料的磁碟，這麼做更具成本效益。 建議用於加速器最佳化機器學習工作負載。支援 Hyperdisk ML 磁碟區。
如要瞭解磁碟共用，請參閱「在執行個體之間共用磁碟」。
Hyperdisk 磁碟區的高可用性和災難復原保護
啟用複製功能，也就是在其他可用區或區域保留資料副本，即可在極少數的可用區或區域服務中斷事件中保護資料。
跨可用區同步複製
如要將資料複製到同一區域中的其他可用區，必須使用 Hyperdisk Balanced High Availability 磁碟區。Hyperdisk Balanced High Availability 是唯一支援可用區複製的 Hyperdisk 類型。
詳情請參閱「關於同步磁碟複製」一文。
跨區域非同步複製
萬一發生區域性服務中斷情形，您可以啟用非同步複製功能來保護資料。Asynchronous Replication 會在另一個區域維護磁碟區資料副本。舉例來說，如要保護 us-west1 中的 Hyperdisk 磁碟區，可以使用非同步複製功能，將磁碟區複製到 us-east4 區域的次要磁碟區。如果 us-west1 中的磁碟區無法使用，您可以使用 us-east4 中的次要磁碟區。
您可以搭配下列 Hyperdisk 類型使用非同步複製功能：
- Hyperdisk Balanced
- Hyperdisk Extreme
- Hyperdisk Balanced High Availability
如要進一步瞭解跨區域複製功能，請參閱「非同步複製」。
Hyperdisk 磁碟區加密
根據預設，Compute Engine 會使用Google-owned and Google-managed encryption keys保護 Hyperdisk 磁碟區。您也可以使用客戶自行管理的加密金鑰 (CMEK) 加密 Hyperdisk 磁碟區。
詳情請參閱「關於磁碟加密」。
使用 Hyperdisk 磁碟區進行機密運算
建立 Hyperdisk Balanced 磁碟時，啟用磁碟的機密模式，即可為磁碟新增硬體式加密。您只能搭配連結至機密 VM 的 Hyperdisk Balanced 磁碟使用機密模式。
詳情請參閱「Hyperdisk Balanced 磁碟區的機密模式」。
Hyperdisk 的耐用性
Compute Engine 會將 Hyperdisk 磁碟區上的資料分散到多個實體磁碟，確保耐用性並最佳化效能。
磁碟耐用性是指一般磁碟在一般年份中，資料遺失的可能性。Hyperdisk 資料遺失事件極為罕見，過去通常是因硬體故障、軟體錯誤，或兩者同時發生所致。Google 採取多項措施，降低整個業界都面臨的無聲資料毀損風險。
耐久性是根據一組假設計算而得，包括硬體故障、災難性事件的可能性、Google 資料中心的隔離做法和工程程序，以及各磁碟類型使用的內部編碼。
Google Cloud 客戶的人為錯誤 (例如客戶不慎刪除磁碟) 不在 Hyperdisk 持久性範圍內。
下表列出各磁碟類型設計的耐用性。99.999% 的耐久性表示，如果使用 1,000 個 Hyperdisk 磁碟區，您可能要過一百年才會遺失一個磁碟區。
| Hyperdisk Balanced | Hyperdisk Extreme | Hyperdisk ML | Hyperdisk Throughput | Hyperdisk Balanced High Availability |
|---|---|---|---|---|
| 超過 99.999% | 超過 99.9999% | 高於 99.999% | 超過 99.999% | 高於 99.9999% |
支援的磁碟介面
視執行個體的機型而定，Hyperdisk 磁碟區會透過 NVMe 或 SCSI 介面，以磁碟形式掛接至 VM。
定價
系統會按照 Hyperdisk 磁碟區的總佈建容量計費，直到您刪除這些項目為止。即使磁碟區未附加至任何執行個體，或執行個體已暫停或停止，仍會產生費用。系統會每月按 GiB 收費。此外，系統會針對下列項目收費：
- 對於已超出基準值 3,000 的 IOPS 和 140 MiB/s 的處理量，Hyperdisk Balanced 會按照每月費率，針對佈建 IOPS 和佈建處理量 (以 MiB/s 為單位) 收取費用。
- Hyperdisk Extreme 會按照佈建 IOPS 按月收費。
- Hyperdisk ML 會按照佈建輸送量 (以 MiB/s 為單位) 按月收費。將多個 VM 連至單一 Hyperdisk ML 磁碟區不會產生額外費用。
- Hyperdisk Throughput 會按照佈建輸送量 (以 MiB/s 為單位) 按月收費。
由於區域性磁碟的資料會寫入兩個位置，因此 Hyperdisk Balanced High Availability 儲存空間的費用是 Hyperdisk Balanced 儲存空間的兩倍。
如要進一步瞭解定價，請參閱「磁碟定價」。
Hyperdisk 和承諾使用折扣
Hyperdisk 磁碟區不符合資格：
- 依資源計算的承諾使用折扣 (CUD)
- 續用折扣 (SUD)
Hyperdisk 和先占 VM 執行個體
Hyperdisk 可與 Spot VM (或先占 VM) 搭配使用。不過，Hyperdisk 沒有折扣 Spot 價格。
Hyperdisk 的限制
- 您無法透過 Hyperdisk 磁碟區建立機器映像檔。
- 您無法從 Hyperdisk Extreme、Hyperdisk Throughput 或 Hyperdisk Balanced High Availability 磁碟區建立映像檔。
- 無法透過 Hyperdisk ML 或 Hyperdisk Throughput 磁碟區建立即時快照。
- Hyperdisk Extreme、Hyperdisk ML 和 Hyperdisk Throughput 磁碟區無法做為開機磁碟。
- 每 30 秒最多可將 Hyperdisk ML 磁碟區附加至 100 個 VM 一次。
- 您無法透過快照或磁碟映像檔，以讀寫模式建立 Hyperdisk ML 磁碟。您必須以唯讀模式建立磁碟。
- 如果為 Hyperdisk ML 磁碟區啟用唯讀模式，就無法重新啟用讀寫模式。
- 如果您在多寫入器模式下建立磁碟區，請參閱其他限制。
- 如果您在機密模式下建立 Hyperdisk Balanced 磁碟區，請參閱其他限制。
- 在 C3D 機型上，採用 AMD SEV 的 Confidential VM 不支援 Hyperdisk Balanced 和 Hyperdisk Throughput。
後續步驟
- 瞭解如何建立 Hyperdisk 磁碟區。
- 瞭解如何複製 Hyperdisk 磁碟區。
- 瞭解如何使用 Hyperdisk Balanced High Availability 同步複製磁碟。
- 瞭解 Hyperdisk 集區。
- 請參閱「磁碟定價」資訊。
- 瞭解如何最佳化 Hyperdisk 效能。