SSD价格不断下降,PCIe+NVMe如何颠覆传统存储?

大数网的作者群有一个叫“大王”的,专门研究存储。近期写了一系列的科普文章,知识点很多。这里把他说的资料全部整理了一下,来一起研究存储的未来。

存储有什么未来?可以预见的是,由于SSD的价格的不断下降,以及PCIe接口的不断完善,加上NVMe协议的逐渐成熟,正在为整个存储系统带来颠覆性的改变,这种趋势明显。

如果再加上明年新材料TLC、3D-NAND、3D-Xpoint等面世和大规模商业化,PCIe+NVMe完全可能进入数据中心充当主存储系统,而不是只当缓存。

一直以来,缓存都是二房丫头的命,帮主子(数据)救急,过度一下IO;可二房丫头虽然颜值高,可价格贵,身子娇贵,主子可不敢把金银财宝(数据)完全交给她。现在二房丫头可以成为正房了。

我们看看这一切如何发生的。

壹 存储当前的瓶颈在哪里?

一定程度上,闪存将磁盘换掉之后,引发的连锁效应非常广泛,从接口到协议,从存储系统到网络架构,整个系统性的改变;但改变是缓慢的,就那NVMe来说,也是经过几年在互联网行业的成熟,才慢慢被接受。

现在,服务器、网络甚至于各种板卡和芯片厂商都着实为SSD方方面面骚动了一番。

具体有这么几个方面:

接口来说,磁盘时代6Gb/s的SATA和12Gb/s 的SAS,已经是带宽非常高的接口了,但SSD的出现立即把这些踢到了垃圾桶。

数据保护来说,之前PCIe SSD一般在Tie0层,主要的充当角色是缓存,主要作用是顶IO压力,而不是对应用数据的长时间储存。但是现在,PCIe SSD要做主存储,首先要解决的就是如何将多个PCIe SSD组合成为一个存储池了。

再用硬盘时代的RAID技术?NONO。比如RAID6效率非常低,而且写入次数太多,闪存使用寿命会缩短。当下针对PCIe SSD的数据保护技术可以说还处于初级阶段,闪存厂商可能会自己做一个数据保护软件。但是由于闪存厂商多有硬件的基因,所以这类软件未来必然走向闪存阵列。另一方面,针对固态存储的数据保护软件也将是软件厂商必争的一个领域。

可以预料的是,PCIe SSD有望成为主流,虽然会有新的固态介质和新的硬件接口,但是这需要时间也需要大量的投入,同时磁盘走向没落已经是没跑的事了。

其次,虽然PCIe SSD很热,特别是NVMe成熟之后,但是现在PCIe SSD仍在一个发展的前期,很多系统和网络层面的事还没有做。

贰 NVMe over Fabric统一网络结构?

说SSD正在改变所有,数据中心的网络协议就可能彻底改变。为什么?

因为未来数据中心有可能是上千片PCIe SSD充当存储主系统,用的就是NVMe over Fabric搭建。NVMe over Fabric的作用是,如何解决网络互联的问题。

NVMe over Fabric就是要将NVMe嫁接在各种网络上面,这里的网络可以是以太网(iWARP或者是RoCE)、InfiniBand等等,当然为了进一步缩减延迟,RDMA(Remote Direct Memory Access,远程直接数据存取)在NVMe over Fabric中也是非常重要的角色。

这个架构有三点需要说明。

首先,前端和后端都是基于NVMe的,并且与iSCSI和TCP/IP共用一个网络;

其次,对于RDMA的支持可以使得数据传输跳过操作系统进行,所以延迟可以得到进一步降低;

最后,随着网络技术的不断演进,iWARP RDMA不是唯一的选择,基于Omni和FC的方案应该也会有。

NVMe联盟早在去年9月就已经发布一个新闻稿,说是在旧金山的IDF上会有NVMe over Fabric的解决方案demo展出,而最早成型的解决方案有望在2016年出现。

既然说是网络中的问题,很多网络厂商也有相关的动向,比如InfiniBand领域的高手Mellanox有一个NBDx架构,两块PCIe SSD可以实现百万级的IOPS性能。还有EMC的DSSD,也是大规模的基于NVMe SSD的存储系统,资料太少,就不说了。

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2015-12-16
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