Adaptec 7系RAID控制卡助跑PCIe Gen3

随着对于快速且可靠地访问数据和内容的需求持续增长，企业的数据中心面临严峻挑战，不但要在紧张的预算中降低每个用户的服务成本、硬件相关的资本支出和运营支出，还要减少物理空间的占用，获得为更大空间供电和冷却的相关成本优势。

显然，单靠增加服务器来满足大流量的日子一去不复返了。因此，市面上推出了体积更小、密度更高的服务器机箱，帮助数据中心在提高存储I/O能力的同时，维持相同的或者更小的占地空间。

此外，存储方面专注于能够容纳到更小的机箱、同时提供数据中心所需高性能的小尺寸解决方案。像硬盘这样的存储组件也变得越来越小，小尺寸的存储控制卡也变得越来越普遍，但是其中只有少数能够在紧凑的外型之下交付顶级I/O性能和降低延迟。这对于数据中心来说是一项重要的考量，因为规格、配置和性能的适当组合，使他们能够部署一个SKU实现几乎任何配置，并且实现从采购决策到安装再到维护的全程简化。

在这种背景下，催生了Adaptec 7系列SAS/SATA RAID控制卡，既能够解决现代化数据中心空间挑战的需求，存储性能相比上一代RAID控制卡翻了一番，同时具有高端口数和小尺寸的特点，降低延迟、减少占地空间需求和能耗。

高性能PCIe Gen3需要真正的伯乐

PCI Express (PCIe) 是一个加载在主板上的扩展总线，它通过RAID控制卡这样的连接设备，将主机系统处理器与存储系统这样的附加外围设备连接起来。

目前的第三代PCIe技术是在2012年被引入到服务器和工作站中，使得主机带宽相比PCIe 2.0翻了一番，煤通道的吞吐量从250 MB/s增加到500 MB/s。虽然使用第二代PCIe，8个6Gb/s SAS/SATA端口足以实现最大性能，然而，第三代PCIe要求至少有16个原生6Gb/s SAS/SATA端口，通过存储连接实现带宽翻番。市场上也有一些声称是专为第三代PCIe设计的存储控制卡，但是他们中大多数最多只能支持8个端口，无法充分利用第三代PCIe的卓越性能。

正如我们所见，只有支持16个或者24个原生SAS/SATA端口的Adaptec 7系列SAS/SATA RAID控制卡，才能够充分发挥第三代PCIe的高性能特点，是PCIe Gen3 的真正伯乐（图1）。

图1 . PCIe Gen3

扩展器的延迟和带宽问题凸显

近年来，存储行业已经从3.5英寸存储驱动器过渡到2.5英寸的小尺寸驱动器，技术上的进步使得存储厂商能够解决数据中心所面临的物理空间挑战。小尺寸硬盘不仅具有能够在相同服务器机架空间内容纳更多驱动器的显著优点，而且2.5英寸硬盘在单位空间内提供了高于3.5英寸硬盘的容量。的确，小尺寸硬盘现在已经拥有1TB甚至更高的容量了。

此外，以“每GB容量的成本”这个传统衡量标准来说，2.5英寸基于闪存的固态盘的成本更接近于硬盘。与硬盘相比，固态盘具有更高的读取带宽、更高的IOPS、更好的机械可靠性和抗震性，这些特点推动着全行业向固态盘的过渡。

随着服务器机箱内的驱动器数量不断增加，存储控制卡的端口数需求也随之增加。增加存储控制卡端口数量的传统做法是使用扩展器，也就是一个能够连接附加SAS或者SATA设备的板。但是，扩展器有很多局限性，例如扩展器不仅会增加复杂性，而且有时候会出现与存储解决方案内其他组件的兼容性问题。

在此之上，扩展器还具有导致延迟和限制数据传输带宽的缺点。长期以来，使用硬盘的数据中心用户一直容忍着，因为这些问题并没有对硬盘已经很慢的读写速度造成很大的影响。但是随着高性能固态盘越来越多地用于存储解决方案中，扩展器的延迟和带宽问题变得更加明显，因此难以被接受。

出路只有一条：解决高原生端口数

在使用24个SATA固态盘的RAID 5配置中（图2），使用扩展器的做法与直接通过原生端口连接相比，导致随机读IOPS性能下降大约60%，OLTB读/写IOPS下降大约20%。

图2：RAID 5 随机性能（24个SATA 固态盘）

同样的，在使用SATA固态盘的RAID 5配置中（图3），使用扩展器的做法与直接通过原生端口连接相比，导致连续读MB/s性能下降大约70%，连续写MB/s性能下降大约40%。

图3：RAID 5 连续性能（24个SATA 固态盘）

如果使用SAS设备的话可能会部分解决这个问题，因为他们是双端口的，允许通过扩展器对所有8个SAS端口加以利用。然而，正如图4和图5所示。8个6Gb/s SAS端口的性能在数据速率峰值下保持平稳，而且Adaptec 7系列的速度是其他竞争产品无法匹敌的。

图4：RAID 5 性能（24个SAS 固态盘）

图5：RAID 5 连续性能（24个SAS 固态盘）

扩展器的另一个缺点就是增加了存储解决方案的成本，扩展器本身的成本大约是200美元，此外还有线缆及安装费用，能耗以及维护成本。

对于数据中心来说，一个理想的解决方案将是，一个具有高原生端口数、能发挥第三代PCIe性能优点的6Gb/s存储控制卡。然而，大多数6Gb/s存储控制卡最高只能达到8个端口。

Adaptec 7系列应运而生

Adaptec 7系列SAS/SATA RAID控制卡家族采用PMC的24端口PM8015 RAID-on-Chip (ROC)，将x8 PCIe Gen3接口与6Gb/s SAS端口结合起来，实现具有高性能、高原生端口数的新一代RAID控制卡，轻而易举的解决端口数问题。

传统的RAID控制卡性能主要集中在读写吞吐量上（以MB/s为衡量指标）。按照这个指标，7系列阵列卡的性能比其他RAID控制卡竞品高出83%——在奇偶校验RAID 5下，连续读和连续写的表现分别为6.6GB/s和2.6GB/s。

此外，随着固态盘的普及和增长，IOPS正在成为新的性能风向标，最常见的配置是4K随机读写数据。在4K I/O随机的情况下，大多数操作系统使用服务器DRAM中的4K缓存，而且4K通常是随机工作负载最小的I/O。在16个直连固态盘的RAID 5配置中，7系列阵列卡再次以450K IOPS领跑，性能几乎是上一代RAID控制卡的10倍之多，相比竞争对手的产品翻了一番。

正如前面提到的，只有8个原生端口的RAID控制卡无论通过总线还是存储连接都无法超越PCIe Gen3的性能优点。Adaptec 7系列RAID控制卡是市场中首款能够充分利用PCIe Gen3优势的产品，使用HD mini-SAS线提供16个或者24个原生SAS/SATA端口的选择（图6）。

图6：配置复杂性和成本 扩展器与直接连接对比