从NVMe闪存看固态盘如何盘活关键业务

高速宽带入户和4G时代的到来，智能终端设备数量和种类暴增，以及大数据、云计算、高性能计算等应用快速兴起。毫无疑问，我们正在处于一个互联的时代，不仅我们每个人的生活正在发生潜移默化的改变，企业的服务和支持它们的IT也正受到深远的影响。

IT行业在摩尔定律的推动下一直处于高速发展的状态，计算和网络能力都得到了极大提升，传统的IT架构一直延承至今，但是在当前这个互联的时代下，我们需要一个新的视角来审视它了。正如之前所强调的那样，对于一个身处互联时代的企业来说，传统的关键业务思维必须要与时俱进的改变，对于互联形态的企业来说，关键业务平台方面的考虑更是要纵贯全局。

在这个互联环境下的关键业务平台中，每一个环节都至关重要，包括计算、存储和网络。本文中，我们重点来看一看存储作为承载和处理关键业务数据的底层平台正在发生的变化。相对于计算和网络来说，最近20年以来存储在速度和容量提升方面一直较为缓慢，特别是受制于机械硬盘的物理特性，存储已经成为数据中心演进过程中最为薄弱的环节。

要知道，以关键应用和数据库如ERP、CRM、数据库等为核心的关键业务是企业生存之本，不仅需要可靠的硬件平台来承载，而且对于OLTP、OLAP、IOPS、低延迟的需求也在不断提高，存储怎能成为其中最为脆弱的一环？

作为最传统的存储介质，磁盘技术由于控制器架构和磁盘寻道的局限性，无法满足用户持续提升的需求，这时候闪存开始发挥它最大的优势，提升存储和服务器的处理器速度，让数据操作变得更为迅速，实现对数据的实时分析。闪存的高I/O性能，可以化解企业关键业务应用的I/O瓶颈，提高服务器利用率，降低购买服务器和软件许可的开支，还能改善存储的效率，起到节能降耗的效果。

因此，基于闪存的固态盘，让数据中心存储这个最薄弱的环节有望得到彻底的改变。固态盘以更高的性能和更低的延迟，进一步优化总体拥有成本、提升用户体验、应对互联网和云计算需求，提供快速、低延迟的数据访问能力，更好地满足着互联网等领域对关键计算性能的需求。

互联网可以说是最早一批尝鲜固态盘的行业，BAT等互联网巨头的固态盘部署渗透率非常高。固态盘为拥有技术优势的互联网公司的应用和服务带来了重要的技术支持，在视频、CDN、数据库等应用场景中扮演着重要角色。

根据来自英特尔的调研数据，在数据中心市场，固态盘的总体有效市场将超过1500万台，其中SSD配售率在互联网和云计算领域非常高，达到80%以上，因为存在一台服务器配置多个SSD硬盘的情况，在某些领先的互联网公司甚至超过了100%达到120%。

之所以固态盘在互联网领域被如此重用，是因为固态盘具有的先天优势——比传统机械硬盘高数百倍的随机读写能力和比其低数百倍的延迟时间，这对于很多互联网关键应用来说有着无法抵挡的诱惑力。

不过，固态盘在蓬勃发展的同时，也遇到了一些不可避免的挑战，比如SSD接口方面，传统的SAS和SATA接口在带宽、I/O能力和可靠性等方面已经越来越难满足需求。这时候，一种新的接口标准诞生了——NVMe，它开始成为数据中心高性能固态盘的新选择，很多存储厂商都已经推出基于NVM的固态盘或者闪存卡，为面向关键业务应用做好了准备。

追溯起来，NVMe由包括Intel、IDT、Dell、Intel、EMC、NetApp、Oracle以及Cisco在内的13家发起企业主导，并由80余家业界领军公司合作开发，是一项针对PCIe SSD的主机控制芯片接口标准。也就是说，NVMe是专门为固态盘设计，在客户端和数据中心端进行扩展，速度接近于内存的标准。NVMe对SSD控制器与操作系统之间的通信连接进行规范，但并不干涉控制器如何控制闪存，能够兼容大多数操作系统的标准驱动程序，这样OEM厂商将不必为单个的SSD设置驱动程序。

作为一项全新的接口技术，NVMe进一步释放了固态盘在互联网领域的性能潜力。采用NVMe标准的 PCIe 固态盘可将数据和存储移动到更接近处理器的位置，从而消除了大量与硬件和存储协议有关的延迟问题，提高了系统的整体性能，尤其是与虚拟化、大数据应用、高性能计算等密集型任务有关的性能。一致的性能使系统存储能够通过一种更具预见性和扩展性的方式进行响应，从而最大限度地提高系统使用率和整体性能。

由于消除了上层HBA接口协议，NVMe PCI-E接口可以提供更高的性能和更低的时延，同时支持全双工和多请求队列。此外，由于NVMe PCI-E接口的固态盘与CPU直接连接，因而无需HBA，并节省了节省HBA功耗和链路层功耗管理，因而提供了更低的功耗和更高的成本效益。目前NVMe接口已经提供了包括windows、Linux、Unix、Solaris、VMware及UEFI大部分操作系统环境的驱动支持。

不仅如此，NVMe在底层协议上与SATA和SAS采用了同样的电气标准，例如SFF8639 SATA接口就与NVMe PCI-E完全兼容，因此同样一个物理结构在不同的部署模式时，采用了不同的组建方式，这样可以极大地方便OEM和相应生态系统的发展。事实上，现在已经有一些服务器支持SFF8639接口形式，下一代的服务器大多数都会更快地推动PCI-E SSD的增长。

NVMe在今天PCI-E上的应用已经体现了很大的好处，更大的好处会体现在下一代的存储技术上，这一类存储技术比现有的技术更快几十倍、上百倍，时延低几十倍、上百倍，这时候NVMe会体现出更大的优势。

速度为王，这就是互联网企业的制胜秘诀。近几年，中国的互联网产业发展得非常快，互联网应用与创新处于世界领先水平，后端主要应用仍离不开数据库、大数据、云、CDN、数据分析和处理等。

互联网行业的用户对高性能的追求是无止境的，而上面我们总结NVMe所具备的高性能和低延迟的特点，从某种程度上缓解了互联网用户对IT系统的苛刻要求。对于互联网用户来说，他们重点应用类型既包括支持数据库等典型应用，又要满足吞吐量高的关键业务应用，以高IOPS作为基本保障。

在这方面，作为NVMe标准最早的发起方之一，英特尔也一直致力于重塑企业存储模式，通过洞察客户实际需求、分析行业应用特点、在接口与存储介质方面不断推动颠覆式创新，借助英特尔为数据中心应用环境而设计的NVMe固态盘产品组合，帮助互联网及其他行业用户打破数据中心固态盘面临的各种瓶颈。

整体来看，NVMe生态圈整个生态圈正在全面协同发展起来，NVMe开放标准还打破了以往PCIe闪存厂家采用垄断私有接口造成的产业局限，使客户可从开放的产业生态链中选购所需，对产业规模的提升和用户成本优化具有划时代意义，对于以开放著称的互联网领域来说更是意义重大。

中国的互联网用户虽然在闪存方面起步稍晚，但发展速度非常快，使用效率很高。中国互联网用户很很好地快速引进、消化和吸收新技术，并针对自己的实际需求进行改进，相信不久的将来，基于开放标准NVMe的闪存将引领中国互联网领域的变革，带来性能上一次新的腾飞。