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NVMe——引领企业级存储新风向

如果把存储市场比作一个大型造星工厂,那么开始是SATA和SAS的主场,而随着SSD的应用普及,为了保持兼容性,SSD也采用了SATA和SAS协议,但是渐渐的,SATA和SAS协议的弊病就暴露了出来。

于是,专门针对SSD量身定制的NVMe存储协议应时而生,并在明星路上闪耀光芒。

NVMe的发展历程

最初,基于闪存的存储系统用SAS(串行连接SCSI)与闪存进行通信。但SAS依赖传统协议SCSI,后者本身是为HDD而设计,由于HDD相比是一种速度比较慢的存储介质,SCSI协议自身带来的开销不值一提,但是到了SSD的时代,SCSI的开销就变得没有办法接受,想象一下你开着辆最高时速能飙到180的跑车,但要限速排长龙才能挪上跑道的心情。

于是NVMe出道,通过PCIe总线加速主机系统和SSD的数据传输,并且针对传统SAS和SATA协议作了改进,支持多个深度队列。

SATA在单个队列中队列深度为32。SAS在单个队列深度为256。NVMe支持64K个队列,单个队列深度为64K,允许进行大规模并行处理。

NVMe主要面向PCIe SSD设计开发,凭借高性能、低延迟等特性出道走红。

这里我们再来回顾一下凭速度出圈儿的NVMe发展时间线:

2008年NVM控制器接口规范1.0版本完成。

2011年NVMe 1.0版标准规范发布。

2012年NVMe 1.1版标准发布。

2013年NVM Express工作组正式成立,由13家企业联合主导,负责开发NVM Express规范。

2014年NVMe 1.2版标准发布。

2017年,NVMe-over-Fabrics(NVMe-oF)标准规范完成。

2018年,NVMe 1.3版本发布。NVMe SSD开始与SATA SSD价格持平。

2019年,NVMe 1.4版本发布。

由上可知,NVMe并非一个新技术,在这条明星路上积累了十余年热度,已然跨过开拓阶段,走向成熟时期。

存储市场热门话题也从HDD还是SSD转向OpenChannel还是NVMe。分列Device-based(SSD主控)与Host-based(主机端主控)两大阵营在业内引发争议,对立还是融合话题热度不断,以此奠定了NVMe存储技术未来的基础。

NVMe是企业级存储新未来

无论是1台服务器+1台台式机,还是1000台服务器+10000台台式机,企业存储系统都是IT基础架构的关键部分。随着云计算、AI等新技术兴起,有效把握新一代企业级存储趋势等于掌握提升企业发展的一大核心竞争力。

而企业级存储趋势往往伴随着业务需求促使自身领跑数字化时代的行业企业的变化而变化,因此我们认为NVMe是企业级存储新未来。

当前出于性能与成本效益综合考量,NVMe SSD优先适用于关键任务数据库、云和超大规模计算、分析处理、高频交易、超融合基础架构 (HCI)、虚拟化等应用。

如高频交易应用要求事务处理单元与存储介质间快速传输大量数据。NVMe通过实现并行控制队列,能更有效地利用新一代处理器的多核结构。每个应用或进程有自己的独立命令队列,以此最大程度降低对系统性能的影响。

NVMe SSD以西部数据 Ultrastar DC SN640为例。

西部数据去年推出的Ultrastar DC SN640系列面向企业级市场,采用了96层BiCS4 NAND和NVMe控制器,并针对低延迟和低功耗进行了优化。系列有三种外形规格,分别是EDSFF E1.L、7mm U2以及M.2 22×110,三种形态分别提供最大30.72TB、7.68TB和3.84TB的容量。

Ultrastar DC SN640最高支持128个NVMe命名空间,所有NVMe管理界面(NVMe-MI)中的必需命令,并允许不重置设备的情况下更新固件。其最佳应用案例包括SQLServer、MySQL、虚拟桌面以及超融合基础架构以便降低需要采购的物理服务器和认证(数据库)的数量。

西部数据Ultrastar DC SN340 Gen3 x4 PCIe SSD具有高带宽,高性能和节能的优势。其针对耗电量和低热量特性进行了优化,能在释放全部性能时确保功率约在6.5W。适用于读取密集型工作负载,例如热存储以及其他需要写入大型数据的应用,包括内容交付网络(CDN)和视频缓存。

总结

与传统的SAS和SATA协议相比,NVMe提供了更高的性能和更低的延迟。不仅加速了需要高性能的现有应用,还为数据中心的实时工作负载处理打开了新世界的大门。

尽管出于性能与成本效益综合考量,企业可能对NVMe SSD暂时望而却步。但常规协议会消耗很多CPU周期,这些消耗的周期又是一笔损失资金。IT架构预算并非只是随着数据的增长而增加还要面临最大限度提升基础架构(包括存储计算)回报率的压力。因此采用NVMe可以降低企业TCO并加速营收增长。

相信未来随着NVMe SSD与传统SSD价格差异的不断减小,凭借NVMe自身独特优势,必将定义存储技术未来。

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