NVMe進(jìn)攻下，SAS還有未來(lái)嗎？

SAS 和 NVMe 都是強大的企業(yè)存儲技術(shù)。SAS 是兩種架構中較舊的一種，而且往往也是更便宜的選擇。NVMe 正在成為標準的高速存儲驅動(dòng)器接口，但 SAS 因其龐大的安裝基礎而將持續多年。

STA（SCSI 貿易協(xié)會(huì )）負責維護 SAS 標準，其論壇主席 Cameron Brett 在倫敦舉行的 TechLive 活動(dòng)的演講中談到了這個(gè)問(wèn)題。STA 必須制定一個(gè)從當前 24G SAS 標準發(fā)展的路線(xiàn)圖，但他也認識到 NVMe 正在取代 SAS 作為高速存儲驅動(dòng)器接口。

SAS（串行連接 SCSI，或小型計算機系統接口）是磁盤(pán)驅動(dòng)器和 SSD 使用的互連。它與 SATA（串行高級技術(shù)附件）一起使用，并且兩者都取代了 PATA（并行高級技術(shù)附件）。按照今天的標準，PATA 的速度很慢，傳輸數據的速度高達 133 MBP，并支持 80GB 容量的驅動(dòng)器。SATA 速度更快，數據傳輸速度高達 300 MBps。

當前的 SATA 標準第 3 版定義了 6 Gbps 帶寬。SCSI 代表了 PATA 和 SATA 的升級，因為它用于附加外圍設備，例如打印機和掃描儀。SAS 目前的運行速度為 12 Gbps，并且可以在比 SATA 1 m 更長(cháng)的電纜（12 m）上運行。SAS 連接器支持 SATA 連接，但反之則不然。

當前的 SAS 標準（修訂版 3 或 SAS-3）定義了 12 Gbps 接口帶寬，與 SAS 驅動(dòng)器最終連接的 PCIe 3 互連相匹配。SAS-4 或 24G SAS，將其提升至 24 Gbps，并由 STA 在 2019/2020 年定義。其部分原因是當時(shí)即將推出的 PCIe 4 接口，其速度是 PCIe 3 的兩倍。

TrendFocus 圖表顯示，大部分企業(yè)存儲容量由近線(xiàn)驅動(dòng)器代表，其中大部分使用 12 Gbps SAS 接口。

企業(yè)存儲供應商沒(méi)有 24G SAS 磁盤(pán)驅動(dòng)器，只有少數 24G SAS SSD 產(chǎn)品，因為 NVMe（Non-Volatile Memory Express）互連已經(jīng)接管了 SSD 接口區域，而高速磁盤(pán)驅動(dòng)器運行在 10,000rpm 級別正在被 SSD 取代。這使得大部分企業(yè)和 PC 磁盤(pán)驅動(dòng)器產(chǎn)品以 7,200rpm 的速度旋轉，并且非常適合在 12gig SAS 級別連接。

市場(chǎng)上出現了一些 24G SAS SSD 產(chǎn)品，例如 Kioxia PM6 和 PM7，以及三星的 PM1653。有各種 24G SAS 互連產(chǎn)品，例如 Broadcom 的 9600 系列接口，以及電纜、連接器、分析儀和擴展器。但總的來(lái)說(shuō)，存儲驅動(dòng)器制造商對 24G SAS 的采用進(jìn)展緩慢。

然而 Brett 認為 SAS 是不朽的，因為它在磁盤(pán)驅動(dòng)器互連領(lǐng)域擁有如此根深蒂固的地位。他認為，到 2027 年，SAS 將成為主要的 HDD 接口。NVMe 已通過(guò) NVMe v2.0 規范開(kāi)發(fā)了磁盤(pán)驅動(dòng)器擴展，隨著(zhù)時(shí)間的推移，NVMe 可能會(huì )蠶食 SAS 的磁盤(pán)驅動(dòng)器霸權。但龐大的 SAS HDD 基礎將提供一個(gè)持續多年的補充和升級市場(chǎng)。

他指出，NVMe 針對閃存進(jìn)行了優(yōu)化，而 SAS 針對磁盤(pán)進(jìn)行了優(yōu)化。與單或雙 SAS 通道相比，借助 NVMe，您可以在 SSD 上擁有四個(gè) PCIe 通道，從而使 NVMe 接口速度更快。

目前正在制定的下一個(gè) SAS 標準將是 24G+，并具有 2025/2026 定義數據。Brett 確實(shí)表示，沒(méi)有設想將 24G 速度加倍至 48 Gbps，也沒(méi)有開(kāi)發(fā) 4 端口 SAS 接口。我們的理解是，24G+ 將繼續使用 SAS-4 物理層規范，這意味著(zhù)速度不會(huì )增加到超過(guò) 24 Gbps。我們已請布雷特確認這一點(diǎn)。

STA 定義了 24G+ 命令持續時(shí)間限制、格式愿望預設和邏輯減少。它正在考慮衰減、每個(gè) IO 的密鑰、擴大保護信息字段并利用 24G+ 標準增強公平性。

盡管 STA 將高速驅動(dòng)器接口區域讓給 NVMe，但它認為 SAS 在超大規模存儲環(huán)境中將繼續發(fā)揮作用。Brett 引用了開(kāi)放計算項目的驅動(dòng)器底盤(pán)標準作為證據；2013 年的 Knox (6Gbps SAS)、2015 年的 Honey Badger (12 Gbps SAS)、2017 年的 Bryce Canyon (12 Gbps SAS) 和 2022 年的 Grand Canyon (14 Gbps SAS)。他認為至少會(huì )出現兩代產(chǎn)品，他們很可能會(huì )使用 24G+ SAS。

Brett 認為 SAS 近二十年來(lái)一直是占主導地位的存儲接口，并且在未來(lái)幾年仍將如此。他表示，STA 將確保 SAS 繼續創(chuàng )新，以滿(mǎn)足不斷變化的數據中心需求。

SAS 是什么？

SAS 是正在進(jìn)行的 SCSI 開(kāi)發(fā)工作的一部分，該開(kāi)發(fā)工作由國際信息技術(shù)標準委員會(huì ) T10 技術(shù)委員會(huì )（現為 SCSI 技術(shù)委員會(huì )）領(lǐng)導，并得到 50 多家公司的支持。

SAS 硬盤(pán)在設計時(shí)考慮了性能和可擴展性，盡管單盤(pán)性能遠低于 NVMe 磁盤(pán)。SAS 磁盤(pán)的性能根據其轉速（7,200 rpm、10K rpm 或 15K rpm）而有所不同，但高性能 SAS 驅動(dòng)器可以提供高達 12 Gbps 的速度。SAS SSD 還提供 12 Gbps 的吞吐量。

SAS 架構支持創(chuàng )建具有大量 SAS 驅動(dòng)器的大型存儲陣列。單個(gè)存儲陣列可能包含可容納數十個(gè) SAS 驅動(dòng)器的托架。然而，硬件限制可能會(huì )阻止 SAS 陣列實(shí)現更高水平的性能。例如，PCIe 5.0 x16 控制器可以傳輸 64 GBps。雖然這一吞吐量遠遠超過(guò)單個(gè) SAS 驅動(dòng)器的吞吐量，但大型存儲陣列中的磁盤(pán)可能會(huì )共同超過(guò)控制器的最大吞吐量，從而導致控制器成為存儲性能瓶頸。

SAS 驅動(dòng)器有 2.5 英寸和 3.5 英寸兩種外形尺寸。盡管選項有限，但 SAS 很靈活。SAS 磁盤(pán)可用作 SSD 或 HDD，并支持多種轉速。

SAS 驅動(dòng)器還提供各種容量，并且適合各種存儲架構。例如，SAS 存儲有時(shí)會(huì )組織成不同的層，其中容量較低的 SSD 作為熱存儲層或緩存層，容量較大但速度較慢的磁盤(pán)作為冷存儲層。組織還可以使用容量極高但速度相對較慢的 SAS 磁盤(pán)創(chuàng )建存檔存儲層。

SAS 陣列的設計易于維護，大多數陣列都支持熱插拔磁盤(pán)。其他組件（例如電源）也可以是熱插拔的。存儲供應商通常提供自己的專(zhuān)有管理軟件，使客戶(hù)能夠配置、配置、監控和維護其存儲陣列。

NVMe 是什么？

在制定 NVMe 規范之前，PCIe SSD 基于專(zhuān)有技術(shù)。NVM Express Inc. 的成立是為了開(kāi)發(fā)開(kāi)放的行業(yè)標準，以利用固態(tài)技術(shù)的高性能、低延遲功能。

NVMe 磁盤(pán)性能因架構和用途而異。高性能企業(yè)級 NVMe SSD 可實(shí)現 5-6 GBps 的寫(xiě)入速度和高達 7 GBps 的讀取速度。這些磁盤(pán)可以提供超過(guò) 500,000 IOPS 的隨機讀/寫(xiě)速率。NVMe 磁盤(pán)之所以能夠實(shí)現這些速度，是因為它們被設計為使用 PCIe 總線(xiàn)，該總線(xiàn)為數據傳輸提供了多個(gè)通道。

雖然有些控制器可以支持大量 NVMe 磁盤(pán)，但與 SAS 存儲相比，每 GB 的成本往往要高得多。因此，NVMe 可能不是大型數據集的最佳選擇。

NVMe SSD 有多種外形規格，反映了 PCIe 接口無(wú)處不在的本質(zhì)。三種主要類(lèi)型如下：AIC/CEM（附加卡/機電卡）是大多數 SSD 使用的不同尺寸和高度的 PCIe 通用外形規格；M.2 是為移動(dòng)設備和筆記本電腦開(kāi)發(fā)的，也用于一些臺式機和數據中心以及超大規模企業(yè)；

U.2 是當今大多數 NVMe SSD 的 2.5 英寸外形尺寸。

借助 PCIe Gen 4 SSD，NVMe 開(kāi)始過(guò)渡到 EDSFF（企業(yè)和數據中心 SSD 外形）專(zhuān)為數據中心構建的存儲外形。E1 專(zhuān)為 1U 設計，正在開(kāi)發(fā)針對大容量驅動(dòng)器、可擴展性能和主流計算用途的版本。E3 具有各種長(cháng)度和高度，針對 2U 計算和存儲進(jìn)行了優(yōu)化。

NVMe 管理接口 (NVMe-MI) 基于 SCSI 機箱服務(wù)管理功能而構建。NVMe-MI 提供 NVMe 設備的帶內和帶外管理以及支持多種操作系統的管理控制臺。