接口成固态硬盘瓶颈,NVMe会完全淘汰SATA吗?


在硬盘从HDD时代进入到SSD时代的过程中,随着SSD技术的发展以及性能的提升,部分SSD已受到SATA最大吞吐量的限制,整个系统性能瓶颈逐渐从硬盘端转移到协议和接口端,AHCI协议、SATA接口已无法满足高性能和低延时SSD的需求,在数据加速的时代下,急需新的协议与接口助力SSD满足数据存储需求。

在这样的背景下,英特尔、戴尔、三星、西部数据等企业于2009年组成联盟,共同开发NVM Express管理接口规范,旨在让SSD迁出传统的SATA和SAS接口,满足高性能应用和工作负载不断变换的存储需求。

作为NVM Express成员之一,西部数据在企业级的迁移中发挥作用,基于NVMe协议为企业提供新的存储技术和解决方案,推出Ultrastar NVMe 系列SSD并提供相应的存储平台,最新一款双端口高性能Ultrastar DC SN840 NVMe SSD于6月29日推出。

与SATA相比,NVMe的两大优势

根据行业据行业分析公司IDC预测,服务于超大规模云客户、OEM厂商和终端用户的IT组织都将继续放弃使用传统的SATA和SAS接口。至2020年,NVMe有望占据企业级PCIe SSD总出货量的55%以上,并在2018-2023年间以38%的复合年增长率持续增长。选择NVMe显然已是大势所趋,那么相比于SATA,NVMe究竟有哪些优势?

相比于SATA,NVMe的性能更高。为HHD而生的SATA能够适用于早期的SSD,属于半双工运行,即每个时间点只能执行读取或者写入,而NVMe SSD则是全双工运行,即可以同时执行读写操作,这就意味着在需要进行大量读写的情况下,例如高性能计算、云计算、人工智能、机器学习以及数据分析等应用场景,NVMe无疑是更好的选择。以西部数据的产品为例,其Ultrastar DC SN840 NVMe SSD可提供高达780K/250K的随机读/写IOPS,比SATA SSD提高了5倍,且前者所需响应时间更短。

NVMe的优势还体现在低时延上。存储介质、控制器以及软件接口标准是造成硬盘存储时延的三大因素,在存储介质方面,闪存要比传统的机械硬盘速度快,SATA无法应用在闪存介质上,但NVMe不仅可以用在以闪存为媒介的SSD上,也可以应用在高性能和低延时的新型介质上。在控制器方面,基于PCle的SSD时延更低。软件接口方面,由于NVMe减少了对寄存器的访问次数并采用并行或者多线程优化,缩短了CPU到SSD的指令路径。结合三者来看,NVMe SSD具有非常低的延时。 

当然,NVMe SSD本身也在不断发展,此次西部数据推出的Ultrastar DC SN840 NVMe SSD,不同于之前专用场景的SN340和支持通常工作负载的SN640,而是适用于各类工作负载并提供高性能的企业级存储。

NVMe SSD潜力释放还需搭载新型架构

基于NVMe闪存的存储系统可为DAS、SAN和NAS带来显著的性能提升,但传统的数据中心基础架构可能会成为NVMe SSD发挥全部潜力的掣肘,进而导致存储资源无法得到充分利用、低效率的数据孤岛现象以及运营成本十分昂贵等问题。因此在从SATA转向NVMe的过程中,搭载新型架构也是释放存储资源的关键一步。

西部数据最新发布的新款OpenFlex Data24,允许多台主机通过低延迟以太网结构共享Ultrastar NVMe SSD的全部带宽,这能够帮助数据中心运营商通过扩容以及更高效地利用解耦闪存来满足苛刻工作负载的更高性能需求。

同时OpenFlex Data24能够在2U机箱中配置24个热插拔Ultrastar DC SN840 NVMe SSD,提供最高368TB的共享存储容量,满足服务器存储扩展的需求。OpenFlex Data24中内置RapidFlex控制器可衔接到NVMe/NVMe-oF,同24个SN840 NVMe SSD集成OpenFlex Data24 NVMe-oF存储平台,这就意味着,企业想要使用Ultrastar DC SN840 NVMe SSD,可以直接购买相应的配置,而无需自己部署或者等待其他厂商的服务器。 

值得一提的是,基于RapidFlex RDMA的NVMe-oF控制器可以在无需外部交换机的情况下通过100GbE端口直接连接最多6台主机,即使有多达六个适配器添加到OpenFlex Data24, RapidFlex控制器也可以提供低于500纳秒的延迟以及高达13M IOPS/70GB/s的预期性能。

雷锋网小结

数据时代,存储与计算同等重要,尤其是对于企业而言,由于需要改善网络游戏、数字支付、即时消息服务、电子商务和流媒体等领域的客户体验,时延和性能成为存储平台升级所考虑的关键因素。目前的情况是NVMe SSD版图逐渐扩大,SATA与SAS所占市场份额越来越小,那么在不久的将来,NVMe是否能够完全取代SATA和SAS呢?

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