如何兼顾PACS方案性能、容量和成本？一文了解SmartX分布式存储与应用一体化平台

重点内容

PACS 应用场景及 IT 基础设施需求分析
现有 PACS 应用场景方案优缺点分析
SmartX 分布式存储与应用一体化平台方案与关键技术解读
SmartX 针对 PACS 应用场景的解决方案
针对不同规模的 PACS 资源池配置模拟

PACS（Picture Archiving and Communication System）是医疗机构常用的应用系统，用于存放各种医疗设备产生的影像数据。不过由于业务的特殊性，不少医疗机构往往需要分别采购计算与存储资源，并为在线和近线数据分别配置两套存储设备，满足高性能和性能-容量均衡的存储需求，整体方案投入成本高、管理难度大，也难以随数据量增长而灵活扩展。能否以一套架构方案同时提供计算与存储资源，兼顾不同数据对于存储性能和容量的不同需求，降低 PACS 资源池建设与扩容成本？

得益于 SmartX HCI 6.0 新增的文件存储能力（SMTX File Storage，简称 SFS），SmartX 推出了分布式存储与应用一体化解决方案，一套系统里支持运行虚拟化和容器化工作负载，同时提供高性能的存储空间和性能容量均衡的存储空间，降低计算节点投入、存储硬件成本与 IT 基础架构复杂度，助力医疗用户敏捷发展。

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PACS 应用场景及 IT 基础设施需求分析

PACS 的业务流程决定了这一应用场景对 IT 基础设施的需求是多方面的：

存储性能：病人在拍片处报到时，医生会拉取患者信息至影像设备，病人的相关信息和拍好的片子都会记录成 DICOM 文件传输到 PACS 服务器并存入在线存储，阅片室医生写报告、临床医生查阅片子时都会从 PACS 系统读取影像数据。此时 PACS 存储需要高速处理读密集型业务，保证医生侧可以快速调阅片子，访问时无卡顿感，并在业务高峰期稳定承载更高的并发业务量。
存储容量与成本：三个月后，由于影像不再被频繁调取，这些数据会被迁移到成本和性能相对更低的近线存储上，后续可能被再次迁移到成本更低的离线存储中进行归档。这些数据往往存量大、保存时间长，且随着设备数量和精度的增加，数据增长也在变快，需要存储设备容量大、易扩容、易迁移，并尽量保证性能、容量与成本间的平衡。
计算资源：运行 PACS 应用系统本身需要计算资源的支持。一些医疗机构也引入了 AI 技术进行影像分析，需要高性能计算资源池的支持。

PACS 的业务流程与数据存取需求

目前，对于离线数据，大部分医疗机构都会使用磁带等容量和性价比高的设备进行保存。而对于在线数据和近线数据，一些医院选择以传统 NAS 存储提供统一支持，但随着医院设备和数据的快速增长，不少用户都面临扩容成本高（特别是厂商仅支持专有硬件）、在线端性能出现瓶颈等问题。另一些医院选择以两套存储方案对在线数据（采用高性能全闪存储）和近线数据（分布式文件存储）分开存储和管理，虽然架构上平衡了性能和容量，但依旧存在整体成本高、管理复杂的弊端。

除了存储需求，用户还需要购买硬件服务器和虚拟化软件，承载 DICOM 服务、PACS 服务、文件网关等，甚至随着人工智能在 PACS 场景得到越来越广泛的使用，用户还需要配备 GPU 服务器。

SmartX 分布式存储与应用一体化平台：既是大容量超融合，也是可计算的分布式存储

针对 PACS 等存在不同计算和存储需求的应用场景，SmartX 基于 HCI 6.0 新增功能和特性，推出了分布式存储与应用一体化平台，以一套 IT 基础设施同时满足不同类型工作负载的多种计算与存储需求，包括数据库应用的高性能块存储支持、非结构化数据的大容量文件存储支持、容器化应用的存储支持，以及 AI 应用的高性能计算支持。

四大支持特性

多存储协议支持

基于自主研发的分布式块存储和分布式文件存储，SmartX 分布式存储与应用一体化平台能够为结构化和非结构化数据同时提供企业级存储服务。欲深入了解，请阅读：SmartX HCI 6.0 新增文件存储能力，一套架构满足多种存储需求。

混合负载性能保障

SmartX HCI 6.0 引入了常驻缓存技术，将关键业务数据常驻在存储缓存层中，而非关键业务数据依据冷热数据分层技术进行分层存储，保证性能敏感型应用能够持久获得全闪级别的性能支持。

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存储空间效率提升

SmartX HCI 6.0 将通过纠删码（EC）技术提升数据容错能力，同时节省存储空间，提高空间利用率。

更大容量支持

SmartX 还将在近期实现单节点 256T 大容量支持和 4U 36 盘位存储型一体机，为医疗行业 PACS 场景、金融行业电子保单和票据场景、备份目标端等海量数据存储场景提供大容量支持。

针对 PACS 应用场景的解决方案

对于 PB 级别的医疗影像存算平台，SmartX 可以一套超融合基础设施同时满足 PACS 应用场景的高性能、大容量、低成本、易运维的存储与计算需求：

PACS 的相关应用运行在超融合集群的虚拟机上，根据实际需要分配计算资源和所属主机。
PACS 服务器使用虚拟机本地的虚拟磁盘（块存储）存放 1-3 个月的热数据，通过开启常驻缓存技术，保证热点的 PACS 影像文件获得全闪级别的性能保证。
PACS 服务器挂载文件系统作为近线存储，利用超融合存储的自动冷热分层技术，在混闪配置的硬件上实现性能与成本之间的平衡。PB 级大容量的文件系统可存放所有近线数据，免除了分卷管理的麻烦。
PACS 服务器的迁移能力可将数据从在线存储（虚拟机本地磁盘）迁移至近线存储（文件系统），整套架构可通过 CloudTower 进行统一管理和运维。

另外，随着人工智能算法的成熟，未来医疗机构可能会引入 AI 技术对患者影像等文件进行进一步分析和处理。这些分析可能需要在看诊现场实时进行，也可能会在非诊疗时间离线进行；不同的影像分析模式，对存储的要求也不尽相同。而无论哪种方式，SmartX 分布式存储与应用一体化平台都能提供相应的存储能力支持和 GPU 算力支持。欲深入了解，请阅读：一文解读面向 AI 应用的超融合基础设施解决方案。

方案优势

超融合同时提供虚拟化和容器应用支持能力，无需单独购买硬件及软件。
一套存储提供在线数据与近线数据保存服务，进一步减少存储硬件投入，降低运维管理复杂度。
使用常驻缓存技术，提升在线数据读取性能。
PB 级单文件系统容量，可在同一路径下存放海量 PACS 近线小文件。
卷/文件系统级存储策略，资源利用更灵活。
分布式架构支持按需扩展，性能和容量线性增长。

方案模拟

中型医院 300 TB PACS 资源池配置示例

以下，我们以中型医院为例，模拟以 SmartX 分布式存储与应用一体化平台支持 PACS 应用系统时的资源配置情况。一般中型医院 PACS 应用数据年增长量大约为 30 TB，其中在线数据大约有 7.5 TB，近线数据若保存 10 年可达到 300 TB 的规模。在配置两副本的情况下，中型医院仅需 3 台服务器（搭配 64 核 CPU）、单节点 200 TB 的混闪容量配置，即可同时满足 PACS 应用的计算与存储需求，具体配置见下。

计算资源需求

以上配置包括 SmartX 超融合自身资源占用，以及 PACS 应用所需的应用服务器、三维服务器、临床服务器、文件网关服务器等。

存储资源配置

中小型医院 80 TB PACS 资源池配置示例

对于中小型医院，PACS 应用系统数据量可能更少些（在 80 TB 左右），用户可选择将整套医院业务系统都放在 SMTX OS 集中，以虚拟机支持 HIS、EMR、PACS 等应用系统，利用文件存储为 PACS 系统提供 80TB 可用存储空间（无需区分在线和近线存储），并为数据库服务器预留 2 TB- 4TB 常驻缓存空间，保障核心数据库 I/O 性能。