PCIe SSD助力數據中心騰飛

　　淘寶“雙12”促銷(xiāo)的結束基本給今年的網(wǎng)購狂歡畫(huà)上了句號。在感嘆阿里今年再創(chuàng )新高的同時(shí)，我們也清楚地意識到，隨著(zhù)移動(dòng)和云計算的普及，企業(yè)IT消費化變革正在成為重塑企業(yè)IT市場(chǎng)的一股顛覆性力量。據IDC預測，云服務(wù)及相關(guān)技術(shù)支出將“在2014年中大幅增長(cháng)25%，達到1000億美元以上”。與過(guò)去30年個(gè)人電腦時(shí)代的企業(yè)級計算模式不同，今天個(gè)人手中的消費技術(shù)正在重新定義企業(yè)級計算的構建與使用方式。我們使用個(gè)人設備(BYOD)，個(gè)人應用(BYOA)大量免費云服務(wù)以及企業(yè)級開(kāi)源軟件正引發(fā)企業(yè)級數據中心一次重大變革，為了滿(mǎn)足這種新的變革，適應不同的需求，數據中心對存儲IOPs的需求幾乎會(huì )無(wú)止境地增長(cháng)，效率要求越來(lái)越高，對延遲也帶來(lái)了新的要求。再創(chuàng )記錄的雙十一、雙十二促銷(xiāo)就要求數據中心能夠快速響應集中爆發(fā)的OLTP應用需求。所以，新一代存儲需要滿(mǎn)足大數據對存儲的性能需求，而且可以通過(guò)軟件的形式配置應用所需的IOPs和低延遲。

　　磁盤(pán)由于本身的結構，在數據讀取過(guò)程中尤其是高IO讀寫(xiě)時(shí)，尋道增加了響應時(shí)間，從而導致傳統磁盤(pán)性能跟不上業(yè)務(wù)發(fā)展的需求，過(guò)去10年中，CPU性能增長(cháng)了8~10倍，但是硬盤(pán)的速度只增長(cháng)了1.2倍，硬盤(pán)一直是IT木桶中的一塊短板。為縮短磁盤(pán)和CPU 性能，傳統的做法是增加磁盤(pán)的數量，通過(guò)磁盤(pán)累加IOPS，這種做法帶來(lái)的后果是維護成本的大幅度增加、而且造成數據中心占地和能耗的問(wèn)題。為了解決數據中心性能和延遲的問(wèn)題，SSD在數據中心應運而生?；趯祿芷诘墓芾?，一般來(lái)說(shuō)將較高性能的數據存放在SSD上，而對于訪(fǎng)問(wèn)頻率較低的數據，則動(dòng)態(tài)的遷移到HDD上。這樣完全可以同時(shí)滿(mǎn)足不同的性能需求，因此， SSD已經(jīng)越來(lái)越獲得企業(yè)的關(guān)注和青睞。為了更好的利用SSD，發(fā)揮SSD低延遲和高IOPS的特性，數據中心也在做相關(guān)方面的嘗試和優(yōu)化。例如Facebook的嵌入式數據庫 RocksDB(一種嵌入式Key-value存儲系統)，該數據庫能夠充分利用閃存的性能，大大提升應用服務(wù)器的速度。Facebook用RocksDB來(lái)驅動(dòng)一些面向用戶(hù)的應用，這些應用由于需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)外部存儲而性能低下，而且Facebook還用RocksDB來(lái)解決固態(tài)硬盤(pán)IO利用率不高相關(guān)的一些問(wèn)題。但實(shí)際上催生RocksDB的最大動(dòng)力來(lái)自服務(wù)器閃存存儲卡的價(jià)格下滑，Facebook的定制服務(wù)器已經(jīng)開(kāi)始全面采用閃存。在Gartner發(fā)布的2012年閃存市場(chǎng)收入報告中，谷歌已經(jīng)占全球閃存市場(chǎng)總收入的8.9%，位居全球4名，也預示數據中心閃存化已經(jīng)到來(lái)。

　　PCIe SSD應運而生

　　根據SSD產(chǎn)品所采用的接口協(xié)議，其大致可以分為三種，即采用SATA接口的SSD、采用SAS接口的SSD和采用PCIe接口的SSD。前面二者主要以常見(jiàn)的2.5英寸硬盤(pán)形式出現，而PCIe接口的SSD則是以類(lèi)似HBA卡的形式出現，有更低的延遲和更高的帶寬，在飽受存儲性能困擾的用戶(hù)中非常受歡迎。在PCIe SSD大行其道的背后，卻有一個(gè)功臣正在默默支持PCIe SSD，那就是NVM Express(NVMe)技術(shù)。NVMe是一個(gè)針對使用PCI Express SSD的企業(yè)和普通客戶(hù)端系統開(kāi)發(fā)的可擴展的主機控制芯片接口標準，其主要包含了優(yōu)化的寄存器接口和指令集兩個(gè)部分。目前NVMe由IT業(yè)界的80多個(gè)公司成員合作開(kāi)發(fā)，其中包括我們所熟知的IDT、Oracle、Intel等公司，可謂是陣容龐大。此外，NVMe是為效率而生的架構，這主要表現在：首先，全雙工、多請求處理能力以及無(wú)序處理能力給存儲性能帶來(lái)極大的提升;其次則是可擴展的接口帶寬，從1路可擴展到16路，由此帶來(lái)的實(shí)際效果就是可擴展的鏈路速度，從250M/s到500M/s，在到1000M/s，大大突破了傳統存儲介質(zhì)的性能局限;并且與傳統存儲相比，其無(wú)可比擬的低延時(shí)和低成本投入，都在不斷吸引著(zhù)用戶(hù)的注意力。目前NVMe標準不斷完善，在最新版本中引入了新功能，其主要包括寫(xiě)零指令、數據拷貝指令、通用化的SGL支持和啟用多路訪(fǎng)問(wèn)等四個(gè)方面，將原本需要主機全程參與的存儲操作卸載到設備上完成。

　　耕耘SSD市場(chǎng) 發(fā)力閃存技術(shù)

　　NVMe標準的持續演進(jìn)，離不開(kāi)其推動(dòng)組成員的大力支持和不懈推廣。其中，IDT作為NVMe標準的主要創(chuàng )始成員，在PCIe交換、復雜的SoC和NVMe方面研究深入，一直以來(lái)積極推動(dòng)采用PCIe SSD標準的制定，讓這個(gè)技術(shù)能夠更廣泛地應用。IDT的閃存團隊不但是產(chǎn)品研發(fā)的領(lǐng)先者，同時(shí)由于他們在標準制定中所扮演的角色，得以推出全球第一個(gè)符合NVMe標準的控制器。IDT 的 NVMe 閃存控制器系列可提供基于標準的固態(tài)驅動(dòng)(SSD)解決方案，從而幫助存儲和服務(wù)器原始設備制造商(OEM)克服傳統SAS/SATA based的 SSD 設計所固有的延遲和吞吐量瓶頸。

　　2013年7月17日，PMC正式宣布完成對IDT公司PCIe閃存控制器部門(mén)的收購。由于閃存控制器是SSD中最為核心的技術(shù)，收購來(lái)的IDT閃存控制器業(yè)務(wù)加上PMC在SAS閃存控制器等技術(shù)上的積累，足以使PMC成為企業(yè)級閃存控制器的領(lǐng)導者。根據PMC預測，到2016年企業(yè)級SSD的PCIe和SAS控制器的整個(gè)市場(chǎng)將翻兩番，達5億美元。作為存儲技術(shù)的領(lǐng)導廠(chǎng)商，PMC一直致力于高效提升系統I/O性能，此次并購將加速PMC在高速發(fā)展的企業(yè)級SSD市場(chǎng)的步伐，而且PMC還將繼續加速在閃存領(lǐng)域的投入，以持續保持業(yè)界領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢，推動(dòng)SSD在系統構架中的普及和使用。

　　根據IDC之前的一次預測，PCIe閃存市場(chǎng)在2010年至2015年期間會(huì )取得85%的平均復合年增長(cháng)率。其中，隨著(zhù)大數據、云計算的快速發(fā)展，面對新一輪的數據中心變革，基于PCIe NVMe SSD進(jìn)入一個(gè)快速的發(fā)展時(shí)期，而這些都離不開(kāi)閃存標準化的日臻完善，以及彌補閃存特性的控制器技術(shù)的不斷發(fā)展。