闪存2.0时代 NVMe刷新性能新纪录

日期: 2014-07-14 来源:TechTarget中国

大数据时代迅即降临,传统的旋转式磁盘在性能、容量等多方面捉襟见肘。闪存在IOPS、延迟及带宽三大性能指标上的绝对优势使之倍受青睐,迅速取代硬盘成为不可或缺的存储介质。2013年是闪存规模化进入数据中心的一年,因而成为载入史册的“闪存元年”。过去一年的飞速发展中,闪存在数据中心中担任的角色越来越多样化,从服务器中的PCIe闪存卡、存储阵列中最适合存放热数据的全闪存阵列、适合分层存储的混合阵列,再到RAID卡中的掉电保护闪存模块等等不一而足。

展望未来,随着闪存产品接纳度的普遍提升,闪存厂商之间的竞争也日趋白热化。同时,日益复杂多样的应用也在驱动着对不同闪存产品的需求。一方面,闪存正在重新定义着存储技术;另一方面,2014年对许多闪存厂家而言也将意味着生死存亡,因此有“闪存生存年”之誉。在新一轮闪存逐鹿中,谁将引领潮流并能最终胜出为王?

传统的存储架构里,由于硬盘访问速度的局限,以往通用的SATA和SAS接口完全能够满足硬盘的带宽需求,而面对闪存速度上百倍的提升,接口的带宽就成为了I/O的最大瓶颈。可以说,闪存的优异性能一举将存储的瓶颈从介质转移到了接口。Fusion-io的成功就直接源于其开发的专利PCIe闪存卡,可以加入到服务器中进而实现对应用的加速,并达到微秒级的低访问延迟。SATA/SAS则无论如何无法达到这个水平。因此,闪存时代,接口规范的重大变革势所难免。

针对PCIe接口制定的NVMe标准由此应运而生。该标准由包括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。NVM Express是一个针对使用PCI Express SSD的企业和普通客户端系统开发的可扩展的主机控制芯片接口标准。NVMe 1.0标准已于三年前发布,并不断推陈出新。该标准针对PCIe SSD定义了最优化的寄存器接口、指令集和功能集,并提供可扩展接口以实现SSD 技术现在和将来的性能潜力。这让原始设备制造商无需标准化多个SSD驱动器,从而加速PCIe SSD 的推广使用。该组织的工作不仅确保了整个NVMe生态圈的全面协同发展,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。

PMC去年并购的IDT公司作为NVMe标准组织的创始成员,自始至终致力于推动NVMe标准的制定与研发。IDT公司于2011年即推出了全球首款提供PCIe Gen3内部支持的NVMe企业级闪存控制器,帮助存储和服务器OEM克服传统基于SAS/SATA的SSD设计所固有的延迟和吞吐量瓶颈,大幅提升性能。基于PCIe的SSD加上NVMe主机控制接口完美地解决了接口瓶颈问题。PMC公司日前推出的一系列完全遵从NVMe的PCIe闪存控制器实现了业界最优的IOPS,通过去除传统的存储架构,显著降低延迟、功耗和成本。除了完全支持PCIe Gen3 主机接口以实现最大化吞吐量,PMC的NVMe闪存控制器还提供了编程接口,帮助客户凭借利用PMC参考固件的自制固件来区分其解决方案。此外,还可实现最大化随机存储I/O 性能――这是受多核CPU设计和虚拟化推动的一个关键要求。

该设计支持企业级功能,并支持包括高级加密、数据完整性和可靠性等功能。

PMC的NVMe闪存控制器相比现有的各类闪存产品,在吞吐量、延迟、能耗、

兼容性及可扩展性等多个方面均具领先优势。

相比传统的SCSI标准,NVMe控制器能够释放闪存全部潜力,带来了显著的

性能提升,并大大降低功耗。具体优势包括:
· 性能:相比现有的NAND 闪存,吞吐量上有数倍的提升。
· 延迟:与现有的SCSI/SAS架构相比,NVMe SSD可降低延迟超过50%。
· IOPs:NVMePCIe SSD 可提供的IOPs十倍于高端企业级SATA SSD。
· 功耗:PMC的NVMe技术中加入了自动功耗状态切换的功能,无需软件干预,NVMe控制器在特定空闲时期后即自动切换为较低功耗状态。此外,PMC的NVMe控制器还提供了动态能耗管理接口,允许通过固件来有效管理功耗及性能。
? 可扩展性:NVMe支持未来的NVM技术发展至将延迟开销降低到低于一微秒的水平,因此具备支持未来十年技术的可扩展能力。考虑到每100微妙的网站载入延迟对Amazon即意味着1%的销售额损失,NVMe闪存控制技术带来的延迟改善对市场的影响将不可估量。

与现有的NVMe方案相比,PMC的解决方案上市时间早了大约1年,并提供了性能上的显著优势(3~4倍于竞争技术),容量上也优于对手3~4倍之多。具体体现在下列几个方面:
· 大幅度改善延迟及系统的吞吐量
· 采用标准的NVMe驱动器,简化OEM的认证工作
· 软件定义闪存”——定制的固件提供差异化产品
与其他采用垄断私有接口的PCIe闪存产品(如Fusion IO的闪存产品)相比,PMC基于NVMe的PCIe闪存控制器兼容性强,在性能上超出对手20~50%之多。并且,所占用的主机资源大大降低(包括CPU、内存等),且具有明显价格优势。

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