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奔跑吧,闪存!

2014年11月05日 17:56:40 | 作者:黄亮 柴莎莎 | 来源:网界网

摘要:两年多的时间,PCIe SSD市场经历了风云突变,之前几家专注于该领域的厂商几乎都被硬盘或闪存大厂纳入麾下。对用户而言,需要做的就是擦亮双眼,多测试,多借鉴才能找到真正适合自身业务应用的加速神器。

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SAS
FPGA
SATA
ASIC
企业级SSD
PCIe SSD

我们在十几年前开始使用U盘时,只看到它的便携与易用,估计很少有人能意识到闪存蕴藏着巨大的性能潜力。

今天,包括PCIe SSD在内的闪存存储在企业级应用中的普及,归根结底要归功于半导体技术的发展。一方面,CPU性能越来越快,而发展缓慢的硬盘越发显得跟不上;另一方面,以NAND闪存为代表的半导体存储容量密度增大,而且越来越便宜。当那个拐点的时间到来,人们发现用小小的SSD就能顶上几十,甚至上百块硬盘的性能。

企业级SSD发展初期,更多的应用形式是安装在EMC等存储系统厂商的阵列中,替代磁盘的SAS SSD;或者服务器里面使用的SATA SSD。它们能够与传统硬盘控制器良好兼容,但当时主流的SATA和SAS接口带宽只有3Gb/s或者6Gb/s(300-600MB/s),如今12Gb/s SAS还没有普及,而x8 PCIe 2.0的理论带宽已经达到4GB/s,PCIe 3.0更是翻了一倍。

曾经是PCIe SSD单卡容量之冠的Fusion-io ioScale 3.2TB。当年它从Facebook走出,带有为互联网行业定制,高性价比的特点。令人可喜的是,今年全球率先达到单卡6.4TB容量的宝存科技是一家国内厂商。

此外,针对传统硬盘设计的SAS控制器自身也存在性能瓶颈,那么“有路何须搭桥”?直接将闪存做到PCIe卡上,显然速度和延时都会更好,服务器的存储架构也会变得更加简单,甚至实际量产的成本都会降低。

这就是今天PCIe SSD越发流行的原因。

产品架构之间的PK

PCIe SSD从产品架构方面来分,包括FPGA/ASIC原生控制器方案和SAS IOC转接SAS/SATA SSD两种方式。

尽管笔者一直不看好SAS转接方案的长远发展,但兼容性好和成熟的架构是它最大的优势。产品形态就是把SAS控制器连接的多个SSD盘RAID 0做在一张PCIe卡上,因此它们的Firmware(固件)和主机端驱动与SAS HBA基本通用,兼容绝大多数的服务器、各种操作系统版本都没有问题。

SAS转接方案的PCIe SSD现在很少宣传其性能,毕竟这方面对比原生PCIe闪存控制器没有优势。不过,如今几乎所有PCIe闪存卡的性能对企业级客户都不是问题。因此,目前市面上Oracle Exadata数据库一体机就用的SAS转接PCIe SSD。最近还有国内云和恩墨用EMC ScaleIO分布式SAN软件搭建的Oracle预集成系统。

总的来说,SAS转接PCIe SSD的多芯片控制方案从效率、成本上都不占优,因此,我们几乎只看到LSI这一家先天有利的厂商(该部门如今已卖给希捷)在该领域表现尚可。Intel做了一段过渡的SSD 910,今年也推出自有ASIC控制器的NVMe产品了。

FPGA(现场可编程门阵列)的特点是设计灵活性强,在现有的芯片上通过不同的软件就可以定义出差异化的闪存卡(盘),并且易于升级。这种低门槛方案非常适合中小规模的厂商。FPGA芯片的缺点是封装尺寸和发热量比ASIC较大,数量达到一定规模后,成本不如ASIC。代表厂商是PCIe闪存卡领域的先行者,被SanDisk收购的Fusion-io,被HGST收购的Virident,以及国内的Memblaze和Shannon宝存科技等。

当PCIe闪存卡向着容量越来越大、性能越来越高的方向发展,单卡的功耗就容易超过普通PCIe插槽的25W限制。像SFF-8639尺寸的2.5英寸驱动器形式,插在服务器的前端密度更大,还要注意散热的问题,这时功能相对固定,但功耗较低的ASIC就体现出价值了。只是设计出一颗优秀的ASIC,仅仅是流片成功都要付出巨大的成本。目前比较多见的原生PCIe SSD ASIC,有被芯片厂商PMC收购的IDT产品线,曾用于美光(Micron)的卡和盘。再有就是Intel和三星这样的巨头,还有Marvell和几经转手被希捷收购的SandForce。尽管后者的原生PCIe SSD控制器应该还不能量产出货,但对价格和技术门槛要求低,向来是他们的优势。

用户最该关注什么?

对于用户而言,他们应该如何衡量一款PCIe SSD呢?笔者将从兼容性、可靠性和可用性、性能和本地化支持服务等方面进行衡量。

1.软硬兼容性

软件兼容性与上述所讲的产品架构有关。无论FPGA还是ASIC方案,PCIe SSD的硬件做出来,产品好坏的关键还是在于软件。这里说的软件包括Firmware和驱动两部分。许多消费级SSD,Firmware在控制器厂商提供的公版基础上改改就可以卖了,SATA盘也不需要开发驱动。在NVMe(稍后会专门介绍NVMe标准)之前,由于企业级SSD没有这方面通用的标准,因此每家厂商都要提供自己的SCSI块设备驱动。

硬件方面,相信这个领域中的厂商几乎都遇到过PCIe SSD插在某款服务器主板上不兼容的情况,这可能就会涉及到Firmware的bug,或者说需要为兼容性做些改动。必要的时候,与服务器/主板厂商对接联合解决问题应该也是有的。

至于操作系统,目前该类产品以互连网和电商行业用户为主,大都是Linux,但具体有RedHat、Debain/Ubuntu等几大发行版分支,以及各种不同的update小版本和Kernel。能否良好兼容每家用户具体使用的版本,乃至于对用户定制化Linux版本的支持力度,都是很现实的问题。

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[责任编辑:柴莎莎 chai_shasha@cnw.com.cn]

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