看看你的存儲有這對“黃金搭檔”了嗎？
天下武功，唯快不破
這句話放眼各個領(lǐng)域，仍然都很適用
就拿出行來說
如今，高鐵時速已超過350公里
北京到上海只需四個多小時
不坐飛機也能輕松實現(xiàn)當天往返
我們早已習慣在網(wǎng)上購物
而送貨速度快成為大大的加分項
上午下單下午送達的便捷
讓很多消費者欲罷不能
從某種程度上而言
快，就是效率，就是業(yè)績，就是競爭力
同樣，這句話放在存儲領(lǐng)域也是如此
“存儲”對企業(yè)的重要性不言而喻。目前，“存儲”已歷經(jīng)了四代。第一代存儲DAS開放系統(tǒng)直連存儲，第二代SAN共享網(wǎng)絡(luò)存儲，第三代統(tǒng)一存儲，第四代全閃存儲。目前廣泛采用的就是第四代存儲。
長江后浪推前浪，一代更比一代強。如今，存儲已經(jīng)開始朝向第五代進化。
“第五代存儲”
“第五代存儲”這個概念是近日戴爾科技集團在聯(lián)合IDC發(fā)布的《第五代存儲主力企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型》報告中正式提出的。
第五代智能存儲，將成為未來企業(yè)級智聯(lián)存儲的首選。它將采用“NVMe架構(gòu)+SCM”這一“黃金搭檔”，大大降低延時，提供前所未有的高性能。
那么，第五代存儲的“黃金搭檔”是如何發(fā)力的呢？第五代存儲與現(xiàn)有的第四代存儲有什么區(qū)別呢？
我們先來看看第四代存儲的主要特點有哪些：
- 控制器A/A架構(gòu)：全閃關(guān)注在高IOPS場景，傳統(tǒng)的A/P架構(gòu)在控制器發(fā)生故障時，LUN的歸屬需發(fā)生切換動作，I/O無響應(yīng)現(xiàn)象。
- 重刪壓縮：重刪是閃存最基本特性之一，分為Inline和Postline，但對閃存Inline才能體現(xiàn)真正價值。重刪一般分為HASH指紋算法(以SHA-1為例說明，存在碰撞問題)和按字節(jié)對比法兩種，逐字節(jié)對比可靠性高，但會嚴重影響閃存性能，所以很少使用，只在數(shù)據(jù)一致性要求非常嚴格的場景下使用。
- SSD接口：由于SSD優(yōu)異的高隨機IOPS性能、SSD單盤容量變大加上存儲軟件特性加持單TB成本性價比越高，使得近幾年全閃替換混合陣列越來越多。基于硬盤的發(fā)展，SSD的接口沿用了部分HDD技術(shù)，包含接口技術(shù)，現(xiàn)在絕大多數(shù)SSD都是采用SATA/SAS接口。
- FLASH分類：NAND Flash可根據(jù)Cell儲存bit數(shù)據(jù)位的不同分為SLC,MLC,TLC，其中MLC還分為eMLC,MLC和cMLC。由于不同類型顆粒結(jié)構(gòu)不同，所有導(dǎo)致了不同顆粒間數(shù)據(jù)儲存能力，性能和可靠性存在差異。現(xiàn)主流全閃存儲使用eMLC和TLC為主。
如上所述，現(xiàn)有大部分主流全閃存儲繼續(xù)使用著SCSI+SAS接口的組合，但是，這個組合在閃存中已經(jīng)逐漸出現(xiàn)疲態(tài)，已經(jīng)不能滿足一些新的需求。
而與第四代存儲不同的是，第五代存儲采用的是NVMe架構(gòu)。
那么，NVMe架構(gòu)有何優(yōu)勢？
這個問題，我們得從SSD說起。
從SSD到NVMe
SSD存儲介質(zhì)和接口技術(shù)一直處于不斷向前發(fā)展和演進的過程。SSD分為幾個階段，第一個階段是SATA SSD或者SATA/SAS SSD為主導(dǎo)，這個階段介質(zhì)以SLC和eMLC為主。第二個階段是PCIe SSD，PCIeSSD最大的問題是不標準，很多私有化協(xié)議各自為政，基于FTL位置不同主要分為Hostbased SSD和DevicebaseSSD。直到NVMe時代才統(tǒng)一了接口和協(xié)議標準，在NVMe標準中，和傳統(tǒng)的SATA/SAS相比，一個重大的差別是引入了多隊列機制。
戴爾易安信PowerMax NVMe架構(gòu)圖
何為多隊列技術(shù)？
在原有的AHCI規(guī)范中，只定義了一個交互隊列，那么主機與HDD之間的數(shù)據(jù)交互只能通過一個隊列通信，多核處理器也只能通過一個隊列與HDD進行數(shù)據(jù)交互。在磁盤存儲時代，由于磁盤是慢速設(shè)備，所以一個隊列也就夠用了。
多個處理器核通過一個共享隊列與磁盤進行數(shù)據(jù)交互，雖然處理器之間會存在資源競爭，但是相比磁盤的性能，處理器之間競爭所引入的開銷實在是微乎其微，可以忽略。在磁盤存儲時代，單隊列有其他的好處，一個隊列存在一個IO調(diào)度器，可以很好的保證提交請求的IO順序最優(yōu)化。
和磁盤相比，半導(dǎo)體存儲介質(zhì)具有很高的性能，AHCI原有的規(guī)范不再適用，原有的假設(shè)也已經(jīng)不復(fù)存在，在此背景下NVMe規(guī)范誕生了。
NVMe規(guī)范替代了原有的AHCI規(guī)范，并且軟件層面的處理命令也進行了重新定義，不再采用SCSI/ATA命令規(guī)范集。
在NVMe時代，外設(shè)和處理器之間的距離更近了，不再需要像SAS一樣的面向連接的存儲通信網(wǎng)絡(luò)。相比于以前的AHCI、SAS等協(xié)議規(guī)范，NVMe規(guī)范是一種非常簡化，面向新型存儲介質(zhì)的協(xié)議規(guī)范。
該規(guī)范的推出，將存儲外設(shè)一下子拉到了處理器局部總線上，性能大為提升。并且主機和SSD處理器之間采用多隊列的設(shè)計，適應(yīng)了多核的發(fā)展趨勢，每個處理器核與SSD之間可以采用獨立的硬件Queue Pair進行數(shù)據(jù)交互。
但實際上，只是有NVMe架構(gòu)還不夠。縱觀SSD發(fā)展，NVMe的出現(xiàn)雖然對接口標準和數(shù)據(jù)傳輸效率上得到了跨越式的提升，但是存儲介質(zhì)目前主流還是基于NANDFlash實現(xiàn)。那再往前發(fā)展，存儲介質(zhì)應(yīng)該怎么發(fā)展呢？
答案是SCM(Storage Class Memory)。
SCM+NVMe
第五代存儲的黃金搭檔
SCM具備Persistent Memory介質(zhì)和NVM(Non-Volatile Memory)介質(zhì)特性。更重要的是SCM沒有NAND Flash順序?qū)懭牒蛯懬安脸募s束，操作過程更簡單。
SCM介質(zhì)的在壽命和數(shù)據(jù)保持能力方面的表現(xiàn)也遠超NAND Flash。基于這些特點，業(yè)界普遍認為SCM會成為顛覆存儲系統(tǒng)設(shè)計的新一代介質(zhì)，并優(yōu)先應(yīng)用于性能和可靠性要求較高的場景。
Intel/Micron發(fā)布3DX(PRAM)之后，各大廠家都加大了SCM介質(zhì)的投入，從上圖可見，SCM目前的主要應(yīng)用都是聚焦于填充SRAM和Storage之間的容量和性能GAP。
在寫性能上，NVMe+SCM始終能保持高帶寬低延時的優(yōu)勢，相較于NVMe Flash其延時能始終低于30us，遠遠低于Flash介質(zhì)的100us，優(yōu)勢顯而易見。相對于延時敏感性應(yīng)用，SCM加持NVMe特性能穩(wěn)定的保持高IO低延時的性能。
Intel Optane(傲騰)系列硬盤通過實踐證明NVMe和SCM配對時才會顯現(xiàn)更大的存儲優(yōu)勢，那時數(shù)據(jù)存儲將會迎來重大飛躍，NVMe的未來屬于SCM。
在這里，就不能不提到戴爾易安信PowerMax。PowerMax重新定義了全閃存儲，完美結(jié)合了“NVMe+SCM”這一“黃金搭檔”，助力戴爾易安信引領(lǐng)第五代存儲。
PowerMax憑什么是
第五代存儲的實力擔當
下面我們就來看看PowerMax的四大頂級實力：
1. PowerMax是存儲陣列中的標桿
針對混合工作負載，PowerMax可提供最高1000萬次IOPS（RRH8K）、150GB/s的帶寬和290微秒的可預(yù)測的相應(yīng)時間，從而實現(xiàn)了前所未有的性能級別。
它是為當前和未來的任務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用程序而設(shè)計的真正的第0層存儲，這些應(yīng)用程序包括數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用程序，以及實時分析，它們要求不折不扣的穩(wěn)定運行時間和極低的IO響應(yīng)延遲。
憑借每機架500萬次IOPS和每單元（機架單元）12.5萬次IOPS的讀寫速度，PowerMax 8000在企業(yè)陣列性能密度方面保持領(lǐng)先。它還支持開放系統(tǒng)與大型機的混合環(huán)境；PowerMax 2000作為新一代高端企業(yè)存儲的入門級產(chǎn)品，以中端市場的經(jīng)濟性提供了豐富的數(shù)據(jù)服務(wù)和高可用性。
2. 后端完全采用NVMe并將最終實現(xiàn)端到端NVMe
PowerMax憑借一種未來無憂的端到端NVMe多控制器體系結(jié)構(gòu)提供了前所未有的高性能。推動實現(xiàn)更高級別性能的關(guān)鍵在于NVMe，相比SAS協(xié)議，它是為新閃存介質(zhì)而設(shè)計的一種高性能協(xié)議。
NVMe的架構(gòu)設(shè)計目標是利用現(xiàn)代多核CPU和固態(tài)硬盤的平行處理這一理念，以突破為普通硬盤驅(qū)動器設(shè)計的存儲協(xié)議（基于SCSI的協(xié)議，如SAS）存在的限制。換言之，采用同樣的NAND SSD閃盤介質(zhì)，底層采用NVMe協(xié)議比采用SAS協(xié)議，在性能上有質(zhì)的差別。
NVMe更大限度地提高了多控制器全閃存陣列的處理能力，而且更重要的是，它通過對存儲類內(nèi)存(SCM:Storage ClassMemory)的支持，為新一代介質(zhì)技術(shù)的顛覆性創(chuàng)新敞開了大門。SCM將帶來性能的數(shù)量級提升，以彌補閃存驅(qū)動器與易失性內(nèi)存(DRAM)之間的性能差距。
PowerMax在技術(shù)上已完全支持基于NVMe的閃存，且SCM介質(zhì)已在戴爾易安信的Roadmap上；當前，PowerMax的后端已完全采用NVMe協(xié)議及技術(shù)，下一個階段將全面升級至NVMe over Fabric(NVMeoF)提供主機連接，相應(yīng)的主機與SAN交換機只要配置支持NVMeoF的HBA卡與端口即可最終達到全面的端到端的NVMe架構(gòu)。
3. 內(nèi)置機器學(xué)習引擎自動優(yōu)化數(shù)據(jù)，遠超傳統(tǒng)存儲分層技術(shù)
PowerMax OS是針對新一代介質(zhì)而優(yōu)化的存儲操作系統(tǒng)，它借助一個內(nèi)置的具備機器學(xué)習能力的引擎而真正實現(xiàn)了自主存儲。
與傳統(tǒng)存儲的分層功能相比，前者只是間隔一個時間段后對忙閑數(shù)據(jù)塊進行不同性能存儲層級的遷移；而內(nèi)置的機器學(xué)習引擎可自動優(yōu)化數(shù)據(jù)，可以基于IO特征自動將數(shù)據(jù)放置在正確的介質(zhì)類型（閃存或SCM）上，同時基于IO特征判斷是否需要進行壓縮去重。
為實現(xiàn)此目的，它每天平均分析并預(yù)測4000萬個數(shù)據(jù)集，并基于此作出超過60億個決策。該引擎使用預(yù)測性分析和模式識別來更大限度地提高性能，而又不會產(chǎn)生管理開銷。
戴爾易安信是一家能夠提供這一智能化級別的公司，當前我們可以跨整個客戶群實時分析超過4250億個數(shù)據(jù)集，而沒有任何管理開銷。
PowerMax陣列為簡便性而打造，并基于應(yīng)用裝置打包提供了Essentials與Pro軟件包，其中Pro軟件包添加了增強的安全性、遠程復(fù)制、eNAS、優(yōu)化以及管理功能。
4. 更高效的線內(nèi)重復(fù)數(shù)據(jù)消除和壓縮
PowerMax借助最高可實現(xiàn)5:1數(shù)據(jù)縮減率（平均為3:1）的線內(nèi)重復(fù)數(shù)據(jù)消除和壓縮、節(jié)省空間的快照和精簡資源調(diào)配，而提供了極高的效率。
其線內(nèi)重復(fù)數(shù)據(jù)消除和壓縮功能采用專門的硬件模塊來實現(xiàn)，對性能幾乎沒有任何影響，可與所有數(shù)據(jù)服務(wù)搭配使用，而且是由應(yīng)用程序打開/關(guān)閉的。
不過，需要注意的是，在目前互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用沖擊下，僅僅存儲后端支持NVMe還遠遠不夠，如何保證低延時已不僅僅是存儲的瓶頸，前端主機也必須加持NVMe的特性，這樣才能始終保持IO的穩(wěn)定性。
