NVMe進攻下，SAS還有未來嗎？

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

STA（SCSI 貿(mào)易協(xié)會）負責(zé)維護 SAS 標(biāo)準(zhǔn)，其論壇主席 Cameron Brett 在倫敦舉行的 TechLive 活動的演講中談到了這個問題。STA 必須制定一個從當(dāng)前 24G SAS 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的路線圖，但他也認識到 NVMe 正在取代 SAS 作為高速存儲驅(qū)動器接口。

SAS（串行連接 SCSI，或小型計算機系統(tǒng)接口）是磁盤驅(qū)動器和 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(biāo)準(zhǔn)，PATA 的速度很慢，傳輸數(shù)據(jù)的速度高達 133 MBP，并支持 80GB 容量的驅(qū)動器。SATA 速度更快，數(shù)據(jù)傳輸速度高達 300 MBps。

當(dāng)前的 SATA 標(biāo)準(zhǔn)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(shè)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 更長的電纜（12 m）上運行。SAS 連接器支持 SATA 連接，但反之則不然。

當(dāng)前的 SAS 標(biāo)準(zhǔn)（修訂版 3 或 SAS-3）定義了 12 Gbps 接口帶寬，與 SAS 驅(qū)動器最終連接的 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(dāng)時即將推出的 PCIe 4 接口，其速度是 PCIe 3 的兩倍。

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

企業(yè)存儲供應(yīng)商沒有 24G SAS 磁盤驅(qū)動器，只有少數(shù) 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(qū)域，而高速磁盤驅(qū)動器運行在 10,000rpm 級別正在被 SSD 取代。這使得大部分企業(yè)和 PC 磁盤驅(qū)動器產(chǎn)品以 7,200rpm 的速度旋轉(zhuǎn)，并且非常適合在 12gig SAS 級別連接。

市場上出現(xiàn)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。但總的來說，存儲驅(qū)動器制造商對 24G SAS 的采用進展緩慢。

然而 Brett 認為 SAS 是不朽的，因為它在磁盤驅(qū)動器互連領(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 NVMe v2.0 規(guī)范開發(fā)了磁盤驅(qū)動器擴展，隨著時間的推移，NVMe 可能會蠶食 SAS 的磁盤驅(qū)動器霸權(quán)。但龐大的 SAS HDD 基礎(chǔ)將提供一個持續(xù)多年的補充和升級市場。

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

目前正在制定的下一個 SAS 標(biāo)準(zhǔn)將是 24G+，并具有 2025/2026 定義數(shù)據(jù)。Brett 確實表示，沒有設(shè)想將 24G 速度加倍至 48 Gbps，也沒有開發(fā) 4 端口 SAS 接口。我們的理解是，24G+ 將繼續(xù)使用 SAS-4 物理層規(guī)范，這意味著速度不會增加到超過 24 Gbps。我們已請布雷特確認這一點。

STA 定義了 24G+ 命令持續(xù)時間限制、格式愿望預(yù)設(shè)和邏輯減少。它正在考慮衰減、每個 IO 的密鑰、擴大保護信息字段并利用 24G+ 標(biāo)準(zhǔn)增強公平性。

盡管 STA 將高速驅(qū)動器接口區(qū)域讓給 NVMe，但它認為 SAS 在超大規(guī)模存儲環(huán)境中將繼續(xù)發(fā)揮作用。Brett 引用了開放計算項目的驅(qū)動器底盤標(biāo)準(zhǔn)作為證據(jù)；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)。他認為至少會出現(xiàn)兩代產(chǎn)品，他們很可能會使用 24G+ SAS。

Brett 認為 SAS 近二十年來一直是占主導(dǎo)地位的存儲接口，并且在未來幾年仍將如此。他表示，STA 將確保 SAS 繼續(xù)創(chuàng)新，以滿足不斷變化的數(shù)據(jù)中心需求。

SAS 是什么？

SAS 是正在進行的 SCSI 開發(fā)工作的一部分，該開發(fā)工作由國際信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會 T10 技術(shù)委員會（現(xiàn)為 SCSI 技術(shù)委員會）領(lǐng)導(dǎo)，并得到 50 多家公司的支持。

SAS 硬盤在設(shè)計時考慮了性能和可擴展性，盡管單盤性能遠低于 NVMe 磁盤。SAS 磁盤的性能根據(jù)其轉(zhuǎn)速（7,200 rpm、10K rpm 或 15K rpm）而有所不同，但高性能 SAS 驅(qū)動器可以提供高達 12 Gbps 的速度。SAS SSD 還提供 12 Gbps 的吞吐量。

SAS 架構(gòu)支持創(chuàng)建具有大量 SAS 驅(qū)動器的大型存儲陣列。單個存儲陣列可能包含可容納數(shù)十個 SAS 驅(qū)動器的托架。然而，硬件限制可能會阻止 SAS 陣列實現(xiàn)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單個 SAS 驅(qū)動器的吞吐量，但大型存儲陣列中的磁盤可能會共同超過控制器的最大吞吐量，從而導(dǎo)致控制器成為存儲性能瓶頸。

SAS 驅(qū)動器有 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 磁盤可用作 SSD 或 HDD，并支持多種轉(zhuǎn)速。

SAS 驅(qū)動器還提供各種容量，并且適合各種存儲架構(gòu)。例如，SAS 存儲有時會組織成不同的層，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 磁盤創(chuàng)建存檔存儲層。

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

NVMe 是什么？

在制定 NVMe 規(guī)范之前，PCIe SSD 基于專有技術(shù)。NVM Express Inc. 的成立是為了開發(fā)開放的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以利用固態(tài)技術(shù)的高性能、低延遲功能。

NVMe 磁盤性能因架構(gòu)和用途而異。高性能企業(yè)級 NVMe SSD 可實現(xiàn) 5-6 GBps 的寫入速度和高達 7 GBps 的讀取速度。這些磁盤可以提供超過 500,000 IOPS 的隨機讀/寫速率。NVMe 磁盤之所以能夠?qū)崿F(xiàn)這些速度，是因為它們被設(shè)計為使用 PCIe 總線，該總線為數(shù)據(jù)傳輸提供了多個通道。

雖然有些控制器可以支持大量 NVMe 磁盤，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(shù)據(jù)集的最佳選擇。

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

U.2 是當(dāng)今大多數(shù) NVMe SSD 的 2.5 英寸外形尺寸。

借助 PCIe Gen 4 SSD，NVMe 開始過渡到 EDSFF（企業(yè)和數(shù)據(jù)中心 SSD 外形）專為數(shù)據(jù)中心構(gòu)建的存儲外形。E1 專為 1U 設(shè)計，正在開發(fā)針對大容量驅(qū)動器、可擴展性能和主流計算用途的版本。E3 具有各種長度和高度，針對 2U 計算和存儲進行了優(yōu)化。

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