連接埠成固態硬碟瓶頸,NVMe 會完全淘汰 SATA 嗎?

作者 | 發布日期 2020 年 07 月 02 日 8:00 | 分類 儲存設備 , 零組件 Telegram share ! follow us in feedly


在硬碟從 HDD 時代進入到 SSD 時代的過程中,隨著 SSD 技術的發展以及性能的提升,部分 SSD 已受到 SATA 最大吞吐量的限制,整個系統性能瓶頸逐漸從硬碟端轉移到協議和連接埠, AHCI 協議、SATA 連接埠已無法滿足高性能和低延時 SSD 的需求,在數據加速的時代下,急需新的協議與連接埠助力 SSD 滿足數據儲存需求。

在這樣的背景下,英特爾、戴爾、三星、WD 等企業於 2009 年組成聯盟,共同開發 NVM Express 管理連接埠規範,旨在讓 SSD 遷出傳統的 SATA 和 SAS 連接埠,滿足高性能應用和工作負載不斷變換的儲存需求。

做為 NVM Express 成員之一,WD 在企業級的遷移中發揮作用,基於 NVMe 協議為企業提供新的儲存技術和解決方案,推出 Ultrastar NVMe 系列 SSD 並提供相應的儲存平台,最新一款雙連接埠高性能 Ultrastar DC SN840 NVMe SSD 於 6 月 29 日推出。

與 SATA 相比,NVMe 的兩大優勢

根據產業數據分析公司 IDC 預測,服務於超大規模雲端客戶、OEM 廠商和終端用戶的 IT 組織都將繼續放棄使用傳統的 SATA 和 SAS 連接埠。至 2020 年,NVMe 有望占據企業級 PCIe SSD 總出貨量的 55% 以上,並在 2018-2023 年間以 38% 的複合年增長率持續增長。選擇 NVMe 顯然已是大勢所趨,那麼相比於 SATA,NVMe 究竟有哪些優勢?

相比於 SATA,NVMe 的性能更高。為 HHD 而生的 SATA 能夠適用於早期的 SSD,屬於半雙工運行,即每個時間點只能執行讀取或者寫入,而 NVMe SSD 則是全雙工運行,即可以同時執行讀寫操作,這就意味著在需要進行大量讀寫的情況下,例如高性能計算、雲端計算、人工智慧、機器學習以及數據分析等應用場景,NVMe 無疑是更好的選擇。以 WD 的產品為例,其 Ultrastar DC SN840 NVMe SSD 可提供高達 780K/250K 的隨機讀/寫 IOPS,比 SATA SSD 提高了 5 倍,且前者所需反應時間更短。

(Source:WD

NVMe 的優勢還體現在低時延上。儲存介質、控制器以及軟體連接埠標準是造成硬碟儲存時延的三大因素,在儲存介質方面,快閃記憶體要比傳統的機械硬碟(HDD)速度快,SATA 無法應用在快閃記憶體介質上,但 NVMe 不僅可以用在以快閃記憶體為媒介的 SSD 上,也可以應用在高性能和低延時的新型介質上。在控制器方面,基於 PCle 的 SSD 時延更低。軟體連接埠方面,由於 NVMe 減少了對暫存器的訪問次數並採用並行或者多線程優化,縮短了 CPU 到 SSD 的指令路徑。結合三者來看,NVMe SSD 具有非常低的延時。

當然,NVMe SSD 本身也在不斷發展,此次 WD 推出的 Ultrastar DC SN840 NVMe SSD,不同於之前專用場景的 SN340 和支援通常工作負載的 SN640,而是適用於各類工作負載並提供高性能的企業級儲存。

NVMe SSD 潛力釋放還需搭載新型架構

基於 NVMe 快閃記憶體的儲存系統可為 DAS、SAN 和 NAS帶來顯著的性能提升,但傳統的資料中心基礎架構可能會成為 NVMe SSD 發揮全部潛力的掣肘,進而導致儲存資源無法得到充分利用、低效率的數據孤島現象以及營運成本十分昂貴等問題。因此在從 SATA 轉向 NVMe 的過程中,搭載新型架構也是釋放儲存資源的關鍵一步。

WD 最新發布的新款 OpenFlex Data24,允許多台主機透過低延遲乙太網結構共享 Ultrastar NVMe SSD 的全部頻寬,這能夠幫助資料中心營運商透過擴容以及更高效地利用解耦快閃記憶體來滿足苛刻工作負載的更高性能需求。

同時 OpenFlex Data24 能夠在 2U 機箱中配置 24 個熱插拔 Ultrastar DC SN840 NVMe SSD,提供最高 368TB 的共​​享儲存容量,滿足伺服器儲存擴展的需求。OpenFlex Data24 中內置 RapidFlex 控制器可銜接到 NVMe/NVMe-oF,同 24 個 SN840 NVMe SSD 集成 OpenFlex Data24 NVMe-oF 儲存平台,這就意味著,企業想要使用 Ultrastar DC SN840 NVMe SSD,可以直接購買相應的配置,而無需自己部署或者等待其他廠商的伺服器。

(Source:WD

值得一提的是,基於 RapidFlex RDMA 的 NVMe-oF 控制器可以在無需外部交換機的情況下透過 100GbE 連接埠直接連接最多 6 台主機,即使有多達 6 個配接器添加到 OpenFlex Data24, RapidFlex 控制器也可以提供低於 500 奈秒的延遲以及高達 13M IOPS/70GB/s 的預期性能。

數位時代,儲存與計算同等重要,尤其是對於企業而言,由於需要改善網路遊戲、數位支付、即時消息服務、電子商務和串流媒體等領域的客戶體驗,時延和性能成為儲存平台升級所考慮的關鍵因素。目前的情況是 NVMe SSD 版圖逐漸擴大,SATA 與 SAS 所占市占率越來越小,那麼在不久的將來,NVMe 是否能夠完全取代 SATA 和 SAS 呢?

(本文由 雷鋒網 授權轉載;首圖來源:pixabay

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