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从设计上下功夫——“辣条型”SSD掀起一波新风潮

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英特尔与三星公司已经各自推出“尺状”外形的固态磁盘,其长度大于标准的2.5英寸磁盘,而且容量也更为可观。

来源:The Register 2018年2月5日

关键字: 英特尔 三星 SSD

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再见了,专为圆形碟片设计的宽盒子!

英特尔与三星公司已经各自推出“尺状”外形的固态磁盘,其长度大于标准的2.5英寸磁盘,而且容量也更为可观。然而,市场对此类产品的接纳度却一直不够理想。Supermicro公司也在推出自己采用尺状SSD的服务器,但响应者同样寥寥。

为什么会这样?是不是说这种高瘦型设计存在弊端?带着这些问题,我们请教了451公司高级分析师Steven Hill,请他就这种新外观以及市场响应作出评论。

从设计上下功夫——“辣条型”SSD掀起一波新风潮

英特尔公司的“尺状”SSD。

简要回顾:英特尔公司推出的尺状SSD长度为325.35毫米,宽度为9.5毫米,高度则为38.6毫米。2U机架式机箱正面可接入32块此种SSD。芯片巨头将此称为企业与数据中心存储外形(简称EDSFF)。

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Supermicro公司在服务器当中使用36块三星NGSFF驱动器。

三星的迷你尺状NGSFF(即下一代小外形)驱动器为110毫米长、30.5毫米宽以及4.38毫米高,在2U机箱中能够接入36块。

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三星NGSFF驱动卡。

Hill认为,尺状驱动器外形的实际应用包含两上需要考虑的问题:这种外形本身,以及NVMe访问协议。

记者:在容量、空间密度以及能源效率访友,您认为这些外形与现有2.5英寸驱动器外形有何区别?

Steven Hill:业界一定会发布新的闪存外形方案,这只是时间问题。此项技术使其迎来了一种全新的存储外形,即为闪存资源提供一种窄且长的存储模块选项,而不再局限于在矩形设备内安装圆形碟片这一固有低效设计思路。

容量水平将随着下一代闪存芯片的出现而提升,但闪存容量的大幅增加也在发热量管理与功耗水平方面带来了一系列新挑战。

目前的高性能大容量闪存设备在功耗上可能与传统磁盘非常相似,这主要是由于厂商需要增加内置处理能力以抵消模块容量上涨所带来的性能下降。

闪存制造商最终有可能采取两层式解决方法:提供速度更慢,但能耗更低的闪存资源; 或者提供速度更快,但容量更低的高性能存储模块。当然,这只是我个人的猜想。实际上,厂商没有理由以“一刀切”的方式硬性划分闪存模块的容量/效率/性能水平。

记者:您觉得这种新的闪存外形是否适用于JBOF、存储阵列、超融合系统以及/或者普通服务器?

Steven Hill:这是个非常好的问题。简而言之,其应该适用于以上所有用途,但仍需要一些时间进行过渡。

事实证明,闪存在企业级应用当中的弹性要远远超出人们的预期,所以没有什么特别的理由(除了成本)会阻碍闪存存储最终超越传统磁盘的脚步。

当然,保持向下兼容性一直是存储产品所面临的一大问题,因此基于SAS接口的闪存驱动器成为直接取代企业级磁盘的最低标准。SAS以抽象方式处理带内信息传递与管理,而NVMe也正在开发相关技术以解决这一难题。

SAS已经拥有十年的企业级应用经历,并在传统阵列模式下运行良好; 不过NVMe能够绕过传统存储模型而直接接入PCIe。这将带来巨大的原始性能提升,但除此之外,企业应用环境还需要考虑可靠性、数据保护以及管理能力等诸多因素。根据目前已经发布的第四代24 Gbit每秒SAS公告,在进行设备级性能比较时,原始带宽已经不再是决定一切的根本。

JBOF的实现难度最低,不过我认为更大的挑战在于如何充分发挥1U服务器的空间,从而为其提供PB级别的强劲速度表现。

记者: 是否存在传输带宽问题?

Steven Hill:提供可观的内部存储传输带宽当然非常重要,但需要考虑的是,1U或者2U服务器所能提供的实际存储容量本来就不是很大。我们可以轻松判断该选择阵列还是SDS应用,但将其速度与容量标准扩展到外部客户处则是完全不同的另一个问题。

举例来说,英特尔公司的设计方案显示,1U服务器中接入32块NVMe尺状模块需要使用至少128条PCIe通道才能实现驱动器互连,其在读取时单一模块的速度至少能够达到每秒2 GB。这在理论上能够实现每秒64 GB读取速率; 或者说单一1U服务器内将实现512 Gbps内部存储传输带宽。

这样的结果确实令人印象深刻,但如果我们无法将这样的性能从机箱之内转移出来,那么一切都将毫无意义。这也坚定了我的信念,即我们需要重新考量存储空间的设计方向,从而充分发挥这些新型闪存技术的潜能。

记者:您能具体解释一下吗?

Steven Hill: 根据我了解到的情况,评估存储资源的一大关键在于“追赶瓶颈”,因为瓶颈会根据组件、系统以及应用等因素的变化而到处移动。拥有这种容量与性能水平的企业级存储方案为了解决此项难题,往往选择添加一个新的层——戴尔-EMC发布的DSSD就采取了这种解决思路。

我们认为,基于闪存的存储方案——特别是NVMe技术,将最终给企业级存储创造一个历史性转折点。NVMe的速度与容量水平绝对不容忽视,但就目前来讲,NVMe生态系统对于企业级应用而言并不完整,也还没有经过充分验证。

记者: 具体来讲,您认为英特尔的尺状外形在服务器上扮演着怎样的角色?三星的迷你尺状外形又如何?

Steven Hill:很明显,即使是目前能够买到的价格最便宜的、最为粗糙的PCIe/NVMe消费级驱动器,速度也同样可以达到任何企业级传统磁盘的数倍——甚至优于传统阵列。因此NVMe的广泛普及可以说是一种必然的趋势。

其中的挑战在于如何将NVMe应用于PCIe,同时提供与SAS技术相对等的热挺拔与错误处理能力。尽管PCIe在理论上能够实现热插拔,但与PCIe最初设计中的使用场景相比,我们在实际运行这类持久性存储设备时,最常见的移除与更换方法仍然需要在BIOS、驱动程序、操作系统以及应用程序层面作出更多协调——而无法仅仅拔下PCIe。

另外,外部化NVMe拥有两种物理标准也并不令人惊讶,毕竟二者都拥有明确的自身价值。

根据初始信息,这两种模式在技术层面皆具备出色的适用性,因此二者的主要区别实际上体现在存储容量与物理服务器空间方面。

英特尔尺状模块基于EDSFF设计,在物理角度看拥有两倍于三星NGSFF模块的长度。这意味着前者几乎能够保证实现引脚兼容,且不存在潜在的互操作性冲突。

英特尔公司的设计可能拥有更为长远的意义,因为NVMe作为一种高容量解决方案进一步向外扩展。但目前企业级闪存的关注重点仍然体现在性能层面,因此从容量的角度来看,三星公司的小型模块可能也同样够用,且需要占用的服务器空间更低。

我们已经看到了以云为中心的1U设计方案,其利用极长的内部NVMe存储模块并通过100 Gbit以太网实现连接——但这些设计都针对云规模操作进行了优化。同样的,基于闪存的容量层模式才刚刚开始出现。

记者:您如何看待三星公司在其迷你尺状SSD上实现对象存储能力?您是否愿意使用这类产品?

Steven Hill:我们最近一直在思考这个问题,说老实话,这个问题其实挺难回答。

对象存储是我们目前所要涵盖的关键性领域之一,我个人在一定程度上其实很喜欢将对象与IP功能引入独立存储设备的想法。但必须承认的是,将这些功能引入全部驱动器其实并没有多大的必要性或者现实意义。

在我当初看到像希捷Kintetic驱动器这样的设计概念时,我觉得对象抽象并不适合被引入设备层面,因为企业级对象与SDS系统在设计目标上主要专注于利用并保护无状态存储设备。然而,新的功能必要要求新的技术加以配合,因此我们将在大容量闪存模块这一历史背景之下重新审视其经济效应的具体变化。

接下来是LightNVM以及CNEXLabs等公司推出的“Open Channel”固态驱动器,他们认为就连闪存 转换层(简称FTL)也没必要在NVMe模块上实现。

他们认为应该让软件处理一切,包括物理NAND芯片自身内的直接放置与移动。必须承认 ,其在某些特定工作负载来说确实拥有实际意义,但我认为这种作法同样也会令原始性能水平超出设备层级单一FTL所能提供的硬件弹性标准。

此后,基于设备的对象与Open Channel SSD在很大程度上依赖于以太网网络,这也对移动瓶颈产生了影响,并有可能引发另一大显著问题——在共享网络之上对QOS、安全以及资源的争用。

评论意见

尺状与迷你尺状SSD外形的采用与NVMe协议同SAS间日益缩小的成熟度差距密不可分。毕竟SAS在速度上无法与NVMe相提并论,也无法直接接入PCIe北至。

然而,使用SAS的服务器及存储系统仍然拥有双端口以及热插拔支持等企业级功能。除非NVMe获得类似的功能,否则其普及度将始终受到限制。

尽管24 Gb每秒SAS协议即将推出,但人们仍普遍认为尺状与迷你尺状驱动器外形还是会采用NVMe访问机制。而考虑到NVMe存在上述功能缺失,这两类新型闪存存储选项的采用速度也将因此放缓。

这也许恰恰解释了为什么各大主流服务器与存储阵列厂商一直对这种新的闪存模块形式采取观望态度。其次,为什么只有英特尔与三星两家厂商在开发这种新的外形方案?可能是因为其它SSD供应商正在等待,并希望在形势明朗之后再决定是否、何时或者如何投身于其中。

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