PCIe SSD助力數(shù)據(jù)中心騰飛

　　淘寶“雙12”促銷(xiāo)的結(jié)束基本給今年的網(wǎng)購(gòu)狂歡畫(huà)上了句號(hào)。在感嘆阿里今年再創(chuàng)新高的同時(shí)，我們也清楚地意識(shí)到，隨著移動(dòng)和云計(jì)算的普及，企業(yè)IT消費(fèi)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(jù)IDC預(yù)測(cè)，云服務(wù)及相關(guān)技術(shù)支出將“在2014年中大幅增長(zhǎng)25%，達(dá)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(jí)計(jì)算模式不同，今天個(gè)人手中的消費(fèi)技術(shù)正在重新定義企業(yè)級(jí)計(jì)算的構(gòu)建與使用方式。我們使用個(gè)人設(shè)備(BYOD)，個(gè)人應(yīng)用(BYOA)大量免費(fèi)云服務(wù)以及企業(yè)級(jí)開(kāi)源軟件正引發(fā)企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)中心一次重大變革，為了滿足這種新的變革，適應(yīng)不同的需求，數(shù)據(jù)中心對(duì)存儲(chǔ)IOPs的需求幾乎會(huì)無(wú)止境地增長(zhǎng)，效率要求越來(lái)越高，對(duì)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(shù)據(jù)中心能夠快速響應(yīng)集中爆發(fā)的OLTP應(yīng)用需求。所以，新一代存儲(chǔ)需要滿足大數(shù)據(jù)對(duì)存儲(chǔ)的性能需求，而且可以通過(guò)軟件的形式配置應(yīng)用所需的IOPs和低延遲。

　　磁盤(pán)由于本身的結(jié)構(gòu)，在數(shù)據(jù)讀取過(guò)程中尤其是高IO讀寫(xiě)時(shí)，尋道增加了響應(yīng)時(shí)間，從而導(dǎo)致傳統(tǒng)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(zhǎng)了8~10倍，但是硬盤(pán)的速度只增長(zhǎng)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(tǒng)的做法是增加磁盤(pán)的數(shù)量，通過(guò)磁盤(pán)累加IOPS，這種做法帶來(lái)的后果是維護(hù)成本的大幅度增加、而且造成數(shù)據(jù)中心占地和能耗的問(wèn)題。為了解決數(shù)據(jù)中心性能和延遲的問(wèn)題，SSD在數(shù)據(jù)中心應(yīng)運(yùn)而生?；趯?duì)數(shù)據(jù)生命周期的管理，一般來(lái)說(shuō)將較高性能的數(shù)據(jù)存放在SSD上，而對(duì)于訪問(wèn)頻率較低的數(shù)據(jù)，則動(dòng)態(tài)的遷移到HDD上。這樣完全可以同時(shí)滿足不同的性能需求，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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫(kù) RocksDB(一種嵌入式Key-value存儲(chǔ)系統(tǒng))，該數(shù)據(jù)庫(kù)能夠充分利用閃存的性能，大大提升應(yīng)用服務(wù)器的速度。Facebook用RocksDB來(lái)驅(qū)動(dòng)一些面向用戶(hù)的應(yīng)用，這些應(yīng)用由于需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)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(chǔ)卡的價(jià)格下滑，F(xiàn)acebook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(bào)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(yù)示數(shù)據(jù)中心閃存化已經(jīng)到來(lái)。

　　PCIe SSD應(yīng)運(yùn)而生

　　根據(jù)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(xiàn)，而PCIe接口的SSD則是以類(lèi)似HBA卡的形式出現(xiàn)，有更低的延遲和更高的帶寬，在飽受存儲(chǔ)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(duì)使用PCI Express SSD的企業(yè)和普通客戶(hù)端系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的可擴(kuò)展的主機(jī)控制芯片接口標(biāo)準(zhǔn)，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(gòu)，這主要表現(xiàn)在：首先，全雙工、多請(qǐng)求處理能力以及無(wú)序處理能力給存儲(chǔ)性能帶來(lái)極大的提升;其次則是可擴(kuò)展的接口帶寬，從1路可擴(kuò)展到16路，由此帶來(lái)的實(shí)際效果就是可擴(kuò)展的鏈路速度，從250M/s到500M/s，在到1000M/s，大大突破了傳統(tǒng)存儲(chǔ)介質(zhì)的性能局限;并且與傳統(tǒng)存儲(chǔ)相比，其無(wú)可比擬的低延時(shí)和低成本投入，都在不斷吸引著用戶(hù)的注意力。目前NVMe標(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)拷貝指令、通用化的SGL支持和啟用多路訪問(wèn)等四個(gè)方面，將原本需要主機(jī)全程參與的存儲(chǔ)操作卸載到設(shè)備上完成。

　　耕耘SSD市場(chǎng) 發(fā)力閃存技術(shù)

　　NVMe標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)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(biāo)準(zhǔn)的主要?jiǎng)?chuàng)始成員，在PCIe交換、復(fù)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(biāo)準(zhǔn)的制定，讓這個(gè)技術(shù)能夠更廣泛地應(yīng)用。IDT的閃存團(tuán)隊(duì)不但是產(chǎn)品研發(fā)的領(lǐng)先者，同時(shí)由于他們?cè)跇?biāo)準(zhǔn)制定中所扮演的角色，得以推出全球第一個(gè)符合NVMe標(biāo)準(zhǔn)的控制器。IDT 的 NVMe 閃存控制器系列可提供基于標(biāo)準(zhǔn)的固態(tài)驅(qū)動(dòng)(SSD)解決方案，從而幫助存儲(chǔ)和服務(wù)器原始設(shè)備制造商(OEM)克服傳統(tǒng)SAS/SATA based的 SSD 設(shè)計(jì)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(duì)IDT公司PCIe閃存控制器部門(mén)的收購(gòu)。由于閃存控制器是SSD中最為核心的技術(shù)，收購(gòu)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(jí)閃存控制器的領(lǐng)導(dǎo)者。根據(jù)PMC預(yù)測(cè)，到2016年企業(yè)級(jí)SSD的PCIe和SAS控制器的整個(gè)市場(chǎng)將翻兩番，達(dá)5億美元。作為存儲(chǔ)技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)廠商，PMC一直致力于高效提升系統(tǒng)I/O性能，此次并購(gòu)將加速PMC在高速發(fā)展的企業(yè)級(jí)SSD市場(chǎng)的步伐，而且PMC還將繼續(xù)加速在閃存領(lǐng)域的投入，以持續(xù)保持業(yè)界領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)SSD在系統(tǒng)構(gòu)架中的普及和使用。

　　根據(jù)IDC之前的一次預(yù)測(cè)，PCIe閃存市場(chǎng)在2010年至2015年期間會(huì)取得85%的平均復(fù)合年增長(zhǎng)率。其中，隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的快速發(fā)展，面對(duì)新一輪的數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)化的日臻完善，以及彌補(bǔ)閃存特性的控制器技術(shù)的不斷發(fā)展。