宏杉科技黄永：宏杉科技SAN存储 闪耀NVMe新时代

【编注：由DOIT传媒主办、杭州华澜微电子股份有限公司协办，以“芯存储 AI未来”为主题的2023闪存峰会8月29日在杭州开元名都大酒店召开。本次峰会由杭州市萧山区人民政府、萧山经济技术开发区管理委员会指导，中国计算机学会信息存储专委会、中国计算机行业协会信息存储与安全专委会、武汉光电国家研究中心、浙江省半导体行业协会等单位支持。

图：2023闪存峰会现场

峰会首日，宏杉科技副总工程师黄永发表了“宏杉科技SAN存储 闪耀NVMe新时代”的主题演讲。

本文根据速记整理，未经本人审定。

图：宏杉科技副总工程师黄永

黄永：非常高兴参加这次全闪峰会，我是宏杉科技的黄永。

数据时代业务应用以数据为中心。

在当下，无论部署在服务器虚拟环境、数据库系统、整合部署一类的传统应用，还是以混合云，容器编排，无服务等现代化应用，都在转向以数据为中心，目的是快速的获取数据，实时进行数据处理，获取数据所蕴含的信息和价值，支撑上层的应用。

数据的特点是海量、多类型、多源、实时处理。作为存储底座，大容量和高性能已经成为数据存储必须要完成的任务，先进的介质和高效的存储架构成为技术的支撑，安全可靠、开放生态、绿色低碳，为上层的应用提供了强有力的支撑。

全闪存技术与存储协议持续创新

新一轮的技术浪潮正在席卷而来，和全尺寸芯片相关的有两个类型。一是逻辑芯片，英特尔、AMD今年陆续发布了最新一代的CPBU，实现了更多核数跟单核的性能，并且还在PCie 5.0以及CXL的硬件规格。

不过，逻辑芯片的工艺提升的速度正在减缓，不再保持之前的摩尔定律，但也通过像chiplet，HBM以及像3DV cache技术路线在持续提升性能。这些逻辑芯片被存储控制器的性能的处理，给上游计算芯片厂商带来了保证，存储芯片保持了强劲的增长，保持了摩尔的定律。目前3D Flash cache的颗粒堆叠的层级已经到了238层，很快就看到单盘容量在200T以上的QLC另外还有DDR5的内存。

按照目前的进展，到今年年底每GB的价格将会下降到仅仅比DDR4内存高10%这样的水平，明年可能进入快速普及的阶段。

另一方面，基于CXL协议来构建的保持缓存一致性的异构缓存池，针对全程设计的NVMe的协议规范不断的完善。我们看到IO的命令集，除了传统的NVMe还有KV的支持。

这不仅使闪存阵列重新得到了性能的受益，而且，随着MMB键值存储性能的提升，未来的对象存储也会得到大量的性能的提升。

同时也看到，MBOPERICK传输层的协议，除了原有的MMEOVERROFC协议的完善，新的MVORTCB也开始进入了实际的生产部署阶段。这将大大的推动NBOB fabric的更加的普及。

闪存的芯片技术和协议是闪存安全阵列的两大技术的支点。

从目前企业级用户对于存储的选择来看，目前SAN存储依然是用户的主要的选择。IDC最近的年度报告显示，在外部存储市场，SAN存储市场份额达到了56%，依然是最重要的选择。

在SAN存储的应用场景上，单体应用特别是像Oracle数据库这样的企业级的应用，对闪存的性能需求是非常高的。金融用户的实际应用场景当中，用户要求在一台闪存阵列上部署几十个uncle的实力，性能的要求是单卷的LPS达到50以上，并且性能下降要求不能超过一个百分点。

在存储的可靠性方面，用户以国外的高端存储的标准来进行要求，包括单存储的可靠性、双核存储以及跨多站点的灾备这个级别的可靠性上，都会有着非常严苛的要求。

宏杉科技全闪存SAN的技术理念

宏杉认为，目前SAN存储架构正在全速向全闪存的架构继续演进。集中式闪存架构有三个重要的技术点需要进行关注。

首先是存储的可靠性。任何时候强调数据存储的可靠性都是排在第一位的。二是存储的高性能，包括低延时以及在进行高速数据处理的时候的低的抖动性。三是对前端业务的支撑。

现在都在讲全闪存散粉化，不断对现代存储还是对现代应用还是传统的应用，在提供闪存高性能的同时，要保持之前已经完善的存储特性，对NVMe协议的支持。

1.宏杉第三代存储软件平台ODSP v3.0

针对用户的需求以及技术的挑战，宏杉一直在闪存成领域持续研发。

宏杉在技术创新和产品迭代方面主要需求是两个，一个是来源于用户真实的需求，第二是前沿技术的推动。

今年以来，宏杉进行了第三代以及G3产品的发布。在3G产品里，宏杉实现了第三代的金融服务自控的引擎，保证了写缓存的实现的基础上数据不会丢失，也不会中断。另外，在第三代VC引擎发布的时候，也实现了技术创新：

一是控制互联协议，宏杉的SAN产品双控金融，以及未来八控在控制器互联协议上实现了统一，二是对于多控的性能提升，包括负载更加的均衡，故障控制器的切换更加的延时，三是对后端共享硬盘的技术上的的改进，在此基础宏杉进行了后端硬盘链路冗余设计，可以实现更高的可靠性、并且在故障链路的时候进行自动的切换。

宏杉G3产品采用英特尔最新的数据平台Eagle Stream进行开发的。这个平台采用了英特尔最新发布的第四代的处理器，CPU集成QAT、AMX、DSL等加速器，全面支持PCIe 5.0、DDR5、CXL 1.1。

借助于高速的PCIe通道，低延迟高带宽，宏杉适配了最新的PCIe 5.0的SSD,以及向上兼容的PCE4.0的CXL，另外配置了高达2TB的8通道的DDR5的内存，NVMe缓存直接读写，提供了充足的内存的资源。

G3产品采用了宏杉完全自研的ODSP软件v3.0版本。ODSP是宏杉最为重要的一项技术资产。

来看一下ODSB对存储引擎的封装。

它是一个分层的软件堆栈。中间最关键的是一个通用块层的实现，底层集成对接了不同的硬件设备的驱动。在此之上实现了丰富的存储的特性，各种最新的NVMe协议，来对接上层应用所下发的数据访问的请求。

ODSP经过了十几年的技术的演进和持续的开发迭代，目前的最新的版本是V3版本，实现了许多的技术的创新。

在13年宏杉首创的存储双活，实现最高业界等级的容灾保护的基础上，宏杉进一步实现了容灾保护的自动化。也就是说，这里面的环形3DC容灾技术，实现了同步复制和异步复制的在线的自动的切换。另外，在多卷的A卷的多空同时访问方面，实现了性能的提升，对应的虚拟资源池创建的卷实现多控的同时，IO的访问性能也得到提升。

2.三站点环形灾备数据保护方案

宏杉三站点环形灾备的保护方案，在同城AB两个数据中心构建了一个双活存储的数据保护。在异地的C数据中心构建了A到C和B到C的异步复制。在双活卷发生故障切换的时候，前端的复制源可以随时自动的更换，必要时可人工的干预，同时，同步复制和异步复制可以实现根据数据链路实现自动的在线转换。

这个环形3DC保护方案可以为用户进行灾备的自动化技术。

3.NAS V3性能优化

目前用于文件系统的访问需求，以及对文件数据共享的需求的性能越来越高。宏杉新一代企业级NAS存储提供高性能、高可靠的文件存储服务，支持40亿文件和64PB大规模文件系统。

NAS的需求最接近用户的应用层，宏杉根据NAS的用户需求，对原有的软件进行了重构。

实现全特性NVMe支持传统应用

对服务器虚拟化的支持，对物理服务器资源隔离的技术，业界领先的是VMWare，宏杉一直保持着技术跟进。宏杉全系列产品已经通过了VMWare对于NVMe的兼容认证，包括前端对接NVMe-of的连接，同时实现了NVMe over RoCE、NVMe over FC两种传输协议的支持，以及对前端多兼容软件的实现，对NVMe阵列集成接口的强化，也实现了包括并列辅助合并，还有跨牵连以及复制一类的性能加速。

针对传统数据库的应用，宏杉提供了端到端的技术方案，包括前端的多路径以及后端的存储双活。特别值得一提的是宏杉针对标准的NVMe协议做了增强型的开发，开发了智能的存储网络协议来构建增强型的INoF，进行快速的发现、自动部署以及故障的快速感知和切换。这些都是协议的增加和改进。

同时，宏杉的NVMe全特性可以支持数据的高可用，包括底层的双活同步的复制。

实现全特性NVMe支持现代应用

对于新兴应用的支持方面，越来越多用户采用混合云的部署，通过统一的原数据来构建全局的命名空间，向用户提供完整的数据视图。

不管是用户采用自建的数据中心，还是私有云、公有云，宏杉都可以提供一个统一的数据管理，提供统一的相同的体验，为用户提供云上云下自动的数据流动。

在驱动实现上，宏杉也实现了全特性的NVMe的支持，同时支持SAN存储环境下了对接。容器在操作系统层面实现的资源隔离，它所带来的操作性能开销更小，可以提供更多的资源利用率。

宏杉的容器存储可以对接K8S集群，优化数据存储，通过K8S Cluster的POD容器应用提供持久化存储，利用宏杉的双活同步复制技术，实现容器的应急保护。

闪存创新产品：MacroDisk MD5500智能盘柜

MACRODISK MD5500是宏杉基于存算分离架构创造一款闪存产品。

相对于传统的数据中心，新型数据中心的存算分离架构有两个关键的特点，第一个就是资源的解耦，CPU、GPU内存和存储分别构建相互独立的资源池。目前来看，存储资源池的实现度是最高最快进入商用阶段的。第二个关键的特性是细粒度数据处理的分工、数据的处理、数据的加工交由后端的高速的存储池来进行。

MD5500基于高性能的MMASID，通过MMEOOFARP协议向上层提供更高性能的容存储空间，来替代上层主机的本地的硬盘，实现更灵活、更弹性的部署，在空间利用率、可靠性以及管理方面，可以为用户带来更大的价值。

值得一提的是，红杉的MD5500智能盘柜有两种使用方式。

一是池化模式，也就是说在CRAID 3.0的虚拟存储资源池中，构建LINUX list来映射给前端的组件，这样可以发挥多盘的性能，提升硬盘重建的时间，加速硬盘的故障的重建，同时实现大条带RAID德算法，实现高达92%的空间利用率。

另外一个使用模式是直通模式，可以把NVMe划分成多个limit space, 直接提供给前端应用主机。这样做的好处是可以实现最精简的堆栈账协议，为前端应用提供最短的数据通道，从而带来及时的性能。

宏杉MD5500智能盘柜可以达到单节点100GBIOGGB的带宽。

希望在面向HPC高性能计算和人工智能训练这样的场景下，它带来优异的性能表现数据让未来无限可能。

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