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NVMe储存阵列的3大类型

现今的NVMe,不仅能应用在服务器内接的I/O构架上,作为新一代高效能SSD的传输界面,也能应用在外接储存设备的远程登录构架上,这就是NVMe-over-Fabrics(NVMeF)的应用目的。


NVMeF可以让储存网络存取,也透过NVMe协定来进行,如此将能让跨网络的外接储存设备,拥有如同服务器内接SSD般的极低延迟表现。


目前,Brocade与Cisco新的FC光纤交换器都已经支持NVMeF,也有少数储存设备支持NVMeF构架,搭配NVMe界面的SSD装置,让NVMe F的实际应用开始略具雏形。


依照NVMe界面应用的环节,NVMe全快闪储存数组可分为3种主要类型:


最基本的应用型态,是将NVMe用在储存数组的后端SSD界面,也就是以NVMe界面的SSD或Flash模块,替换以前采用的SAS界面SSD,至于主机端界面与磁盘柜串接界面,则仍沿用原有的FC、iSCSI、SAS等规格。

更进一步,是将NVMe应用到前端的主机端界面,作为储存数组与前端主机连接的信道,取代过去使用的FC、iSCSI界面角色。

第三种应用模式,则是将NVMe作为储存柜的连接界面,利用NVMe来串接储存柜,提供储存扩展能力,替代过去SAS界面的作用。

后端式NVMe储存数组



在3种NVMe储存数组中,目前发展最蓬勃的类型,是技术难度相对最低、仅将NVMe用作为SSD界面的后端式NVMe全快闪储存数组,目前Pure Storage、华为、国内的捷鼎,以及刚被WD收购的Tegile,都能提供这类产品。

然而,这种储存数组只是采用了「半套」的NVMeF构架,只是让SSD界面在原有的SAS/SATA之外,额外的多出一种NVMe界面的选择,控制器构架与主机端界面仍沿用传统构架,因而在存取延迟方面的表现,显然不能和真正的「全套」NVMeF、也就是全部存取环节、端到端(End-to-End)都采用NVMe界面的储存产品相比,但优于上一代采用SAS SSD的产品,更重要的是,主机端则仍沿用原有的FC、iSCSI等界面,仍可透过传统的FC、iSCSI等界面,来存取这2款NVMe储存数组,并能保留重复数据删除、快照、复制等完整的数据服务功能,相对也更容易让用户接受。

因此就目前来看,这种构架虽然是最保守的NVMe储存数组型式,但也是最实用的,可预期未来多数全快闪储存数组厂商,应该都会提供这种型式的产品。

全NVMe界面储存数组



理论上,从前端主机存取界面,到后端储存设备I/O界面与SSD界面,端到端(End-to-End)全面采用NVMe规格的NVMeF,是最能发挥NVMe性能优势的构架。

这种「全NVMe界面」产品,又可分为专属硬件构架,与软件定义构架两大类。专属硬件构架的代表是EMC的DSSD D5,从Flash模块、控制器到前端主机I/O卡,都是专属规格。

软件定义构架产品则不依靠任何专属硬件,而是透过标准化的通用硬件,来打造End-to-End的完整NVMeF构架储存数组,例如以色列新创厂商Excelero的NVMesh、另一家新创厂商E8 Storage,以及老牌固态储存厂商Kaminario不久前发表的k2.N,都属于这种构架。

这类产品走的是类似Server SAN的路线,透过软件模拟,让标准服务器硬件扮演储存设备角色,并提供储存设备需要的扩展性与管理性。至于NVMeF使用的外接网络传输信道,则是使用RoCE规格的以太网络,或是InfiniBand、FC,构成NVMe over Ethernet、over InfiniBand或over FC的传输构架。

NVMeF构架的扩充柜



NVMe储存数组应用上较大的问题,是如何解决后端的扩充问题。在单一机箱内部,可以很容易地透过背板,来实现基于PCIe总线的NVMe连接,但企业级储存数组还需要跨多组储存柜机箱的串接功能,来提供必要的容量扩展能力,因此如何进行PCIe的外部连接,便是关键所在。

最直接的做法是采用PCIe交换器,但PCIe外接界面目前还不是很成熟,目前一些厂商的解决办法是NVMe over Ethernet的传输构架,如Pure Storage与Kaminario,都是透过基于25/50GbE RoCE网络,来提供NVMeF构架的后端扩充磁盘柜。

开始兴起的后端式NVMe储存数组

这类全快闪储存数组产品,仅将NVMe作为控制器与后端SSD之间的界面,有数家厂商都在今年上半年推出,包括Pure Storage的FlashArray //x,华为的Dorado 5000 v3,Tegile的N5200与N5800,以及国产全快闪储存阵列厂商捷鼎的NeoSapphire P310、H810等(H810是概念产品,并未正式上市)。

这几款NVMe全快闪储存数组,除了后端可支持NVMe界面SSD以外,其余规格都与一般的全快闪储存数组相同,保有同样的FC、iSCSI前端主机端口支持能力,以及原有的完整数据服务软件功能,可以无缝地导入到既有SAN环境中,同时透过后端的NVMe界面,来提高SSD存取性能。

但受前端FC、iSCSI界面的限制,这类产品无法充份发挥NVMe的低延迟特性,不过仍优于原本的SAS后端界面,此外,只要更换前端I/O界面卡,这类产品就能升级为完整的端到端NVMeF构架。

在这几家厂商中,Pure Storage与华为都采用自身的NVMe Flash模块,其余几家则采用通用的NVMe SSD。

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