小小協(xié)議大威力，數(shù)字化轉(zhuǎn)型為何缺不了NVMe全閃存？

“天下武功、唯快不破”，數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代尤甚。

都說數(shù)據(jù)堪比新時(shí)代的石油，極富價(jià)值。但比數(shù)據(jù)本身更重要的是，數(shù)據(jù)價(jià)值如何快速、高效地釋放。毫無疑問，誰能快速、高效釋放數(shù)據(jù)價(jià)值，誰就在激烈市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)主動(dòng)。

來看個(gè)鮮活的例子：某大型股份制銀行，有超過2萬名員工屬于重度的數(shù)據(jù)消費(fèi)者，從日常的精準(zhǔn)營(yíng)銷、精細(xì)化運(yùn)營(yíng)到風(fēng)險(xiǎn)控制等，時(shí)時(shí)刻刻都需要使用數(shù)據(jù)。但隨著業(yè)務(wù)量的增加，數(shù)據(jù)報(bào)表打開率卻不盡如人意，過長(zhǎng)的等待時(shí)間對(duì)業(yè)務(wù)體驗(yàn)和效率帶來顯著影響。該行系統(tǒng)負(fù)責(zé)人透露：“專門團(tuán)隊(duì)使用各種招數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)表進(jìn)行性能優(yōu)化，效果依然不太理想。最后發(fā)現(xiàn)是硬件協(xié)議的瓶頸。更換了端到端NVMe全閃存之后，業(yè)務(wù)性能得到質(zhì)的飛躍?！?/p>

無獨(dú)有偶，隨著千行百業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的深入，NVMe這項(xiàng)小小的存儲(chǔ)協(xié)議愈發(fā)牽動(dòng)著用戶的心。很多用戶逐漸意識(shí)到，SSD等介質(zhì)革命固然帶來了IO的巨幅提升，但NVMe協(xié)議才是發(fā)揮性能的關(guān)鍵，而端到端NVMe則猶如打通存儲(chǔ)系統(tǒng)乃至整個(gè)數(shù)據(jù)中心的任督二脈，讓數(shù)字化轉(zhuǎn)型真正走向“高速之路”。

NVMe為何至關(guān)重要

數(shù)字化轉(zhuǎn)型需要基礎(chǔ)設(shè)施鋪就一條高速之路。

一直以來，作為承載數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)系統(tǒng)被寄予厚望。十多年前，當(dāng)閃存進(jìn)入到存儲(chǔ)系統(tǒng)之后，人們普遍認(rèn)為數(shù)據(jù)中心的性能瓶頸將被徹底打破。然而，采用了SSD的存儲(chǔ)系統(tǒng)在真正業(yè)務(wù)場(chǎng)景中性能表現(xiàn)并非“一飛沖天”，甚至某些業(yè)務(wù)場(chǎng)景是“有力使不出”。

究其原因，存儲(chǔ)協(xié)議才是關(guān)鍵。

在SSD進(jìn)入市場(chǎng)的早期，為了迅速融入到數(shù)據(jù)中心的生態(tài)系統(tǒng)中，硬盤數(shù)據(jù)劃分的扇區(qū)、LBA等概念都被SSD所“繼承”，甚至接口協(xié)議/硬盤外形規(guī)格也被保留下來。這樣的好處就是，在數(shù)據(jù)中心生態(tài)中，不論是操作系統(tǒng)層面，還是物理規(guī)格層面，從機(jī)械硬盤過渡到SSD都是透明的，對(duì)用戶影響極小。

但保留了兼容性，性能必定會(huì)做出一定的犧牲。傳統(tǒng)SAS協(xié)議還是機(jī)械硬盤時(shí)代的產(chǎn)物，復(fù)雜的系統(tǒng)架構(gòu)、過多的協(xié)議解析、有限的隊(duì)列并發(fā)能力，限制了SSD性能優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮。

因此，專門為SSD設(shè)計(jì)的NVMe協(xié)議孕育而生，它去掉SAS系統(tǒng)中的SCSI等復(fù)雜協(xié)議層，降低了協(xié)議開銷，減少交互次數(shù)，以及成熟的多隊(duì)列機(jī)制，讓它能消除數(shù)據(jù)路徑的延遲，實(shí)現(xiàn)對(duì)SSD介質(zhì)并行訪問數(shù)量指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，并且支持以太網(wǎng)、InfiniBand、FC等多種高速網(wǎng)絡(luò)，與SSD可謂是天合之作。

如果說SSD的出現(xiàn)，為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)鋪就了一條“高速公路”；那么，NVMe就成為“高速公路”最新的運(yùn)營(yíng)規(guī)則，它確保了數(shù)據(jù)可以快速、高效地進(jìn)行處理。

從2009年全球90多家公司組成NVMe工作組，到2011年NVMe 1.0版本正式推出，再到2021年6月NVMe 2.0版本推出，NVMe產(chǎn)業(yè)生態(tài)不斷走向完善，從NVMe芯片組、NVMe SSD產(chǎn)品、NVMe協(xié)議等均取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。

如今，NVMe已經(jīng)不僅僅是一種閃存的接口協(xié)議，更是發(fā)展到整個(gè)存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，端到端NVMe、NVMe全閃化成為大勢(shì)所趨，從而進(jìn)一步釋放數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的性能潛力。

端到端NVMe已成大勢(shì)所趨

最早期的全閃存陣列上，往往采用SATA/SAS接口的SSD；再之后，支持NVMe 的SSD出現(xiàn)，很多全閃存開始在存儲(chǔ)后端更換成NVMe SSD，性能得到進(jìn)一步提升。但并不意味著存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能達(dá)到極限。

如何將全閃存等存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能潛力徹底挖掘出來？

端到端NVMe被認(rèn)為是大勢(shì)所趨。在后端采用NVMe SSD之后，存儲(chǔ)廠商們開始將目光瞄準(zhǔn)到全閃存的控制器架構(gòu)。過去，大部分全閃存的控制器架構(gòu)是專門為機(jī)械硬盤而設(shè)計(jì)的。顯然，陣列控制器以及存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也需要與時(shí)俱進(jìn)，適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，讓NVMe充分發(fā)揮出性能紅利。

因此，NVMe over Fabrics孕育而生，作為存儲(chǔ)陣列與前端主機(jī)連接的通道，NVMe over Fabrics實(shí)現(xiàn)NVMe標(biāo)準(zhǔn)在多種網(wǎng)絡(luò)上的擴(kuò)展，并且取代了過去FC、iSCSI等協(xié)議，降低存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧處理開銷。前端主機(jī)可以使用本機(jī)NVMe協(xié)議直接與NVMe SSD進(jìn)行通信，進(jìn)一步提升性能和降低延時(shí)，適應(yīng)SSD介質(zhì)驅(qū)動(dòng)的存儲(chǔ)控制器架構(gòu)演進(jìn)。

目前，所有存儲(chǔ)廠商都在積極布局端到端NVMe全閃方案。例如，華為在業(yè)界實(shí)現(xiàn)了全系列端到端的NVMe產(chǎn)品：在端到端的NVMe高速通道上，華為采用自研ASIC接口模塊、自研ASIC SSD盤/框設(shè)計(jì)，從協(xié)議解析、IO轉(zhuǎn)發(fā)、業(yè)務(wù)優(yōu)先、硬件加速等方面對(duì)NVMe進(jìn)行全面支持，為數(shù)據(jù)傳輸提供高速通道。

來看看這樣設(shè)計(jì)帶來的好處，采用端到端NVMe設(shè)計(jì)的OceanStor Dorado，NVMe協(xié)議相比SCSI協(xié)議減少了40%的主機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧開銷，節(jié)約主機(jī)CPU消耗，在同等性能情況下支持更多的主機(jī)應(yīng)用；此外，通過NVMe協(xié)議，CPU和SSD盤可直接通信，縮短傳輸路徑，協(xié)議的并發(fā)數(shù)提升到64K，協(xié)議交互次數(shù)從4次減少為2次，讀寫請(qǐng)求處理效率提升1倍以上。

從華為實(shí)驗(yàn)室環(huán)境測(cè)試數(shù)據(jù)來看，在8K IO、100%讀場(chǎng)景下，OceanStor Dorado 端到端時(shí)延能從562us降低到50us，時(shí)延縮短了10倍。更加關(guān)鍵的是，華為存儲(chǔ)從高端到中低端均能做到端到端NMVe，支持端到端全系列NVMe。

如今，很多業(yè)務(wù)場(chǎng)景都是分秒必爭(zhēng)，比如實(shí)時(shí)交易、機(jī)器學(xué)習(xí)等，這些應(yīng)用場(chǎng)景無論是業(yè)務(wù)規(guī)模還是數(shù)據(jù)量均今非昔比，對(duì)于處理和訪問數(shù)據(jù)的速度要求越來越快。以剛剛結(jié)束的6.18購(gòu)物節(jié)為例，十年時(shí)間單峰值擴(kuò)大了上千倍之多，多家銀行在海量交易峰值早已突破上萬的TPS（每秒處理事務(wù)數(shù)）。

所以，隨著千行百業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的深入，端到端NVMe必定會(huì)幫助企業(yè)構(gòu)建起強(qiáng)大和快速的基礎(chǔ)設(shè)施，加速數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

普及NVMe，降成本和破技術(shù)慣性是關(guān)鍵

眾所周知，在企業(yè)級(jí)領(lǐng)域，新技術(shù)的過渡與普及受制于成本和技術(shù)慣性，往往需要一個(gè)較長(zhǎng)的周期。

以成本為例，很多情況下，升級(jí)換代到端到端NVMe的存儲(chǔ)需要增加額外成本，如果這部分成本不能控制在比較合理的空間，就會(huì)延緩NVMe的普及和應(yīng)用。

又如，技術(shù)慣性也是不能忽視的因素。截止到去年，服務(wù)器平臺(tái)的PCIe在Gen3已經(jīng)停留多年，逐漸形成強(qiáng)大的技術(shù)慣性，束縛了數(shù)據(jù)中心用戶在存儲(chǔ)端的更新?lián)Q代。不過，隨著未來幾年，數(shù)據(jù)中心服務(wù)器平臺(tái)快速向PCIe Gen4和Gen5演進(jìn)，給存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)空間帶來了極大的提升空間，也讓端到端的NVMe全閃存方案有望打破技術(shù)慣性，加速在數(shù)據(jù)中心用戶中的普及。

值得一提的是，華為存儲(chǔ)近年來一直致力于端到端NVMe 全閃存方案的普及，不僅在技術(shù)、產(chǎn)品層面不斷打磨與創(chuàng)新，其OceanStor Dorado系列NOF+聯(lián)合方案更是在中國(guó)銀行、華夏銀行等多個(gè)行業(yè)頭部客戶得到成功商用。

此外，為進(jìn)一步消除數(shù)據(jù)中心用戶在成本和技術(shù)慣性上的束縛，華為存儲(chǔ)近日還正式推出了華為Flash Only Pro活動(dòng):凡是新訂單即可由SAS全閃存免費(fèi)升級(jí)為NVMe全閃存，并且該活動(dòng)適用OceanStor Dorado全閃存全系列產(chǎn)品。

面向未來，隨著NVMe技術(shù)的成熟和不斷完善，端到端NVMe方案必然將加速在數(shù)據(jù)中心的普及速度，未來數(shù)據(jù)中心必定是NVMe的天下。而對(duì)于廣大身處數(shù)字化轉(zhuǎn)型的千行百業(yè)用戶，登上NVMe這趟高速跑車，必然會(huì)在數(shù)智化時(shí)代中實(shí)現(xiàn)唯快致勝。

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