PCIe加速卡“紅利”會不會消失?

發布時間:2017-04-27

NVMe標準推廣速度之快出乎意料,如今U.2接口已成為x86服務器標配,作為御用接口(兼容SAS/SATA),如此也就掃除NVMe PCIe SSD盤障礙,一句話,SSD盤也實現PCIe連接了,卡和盤的界限消失了。

 

從卡到盤的演進

 

通過NVMe協議,SSD盤透過PCIe直連CPU,不似以往還要轉換為SAS/SATA,因而開啟了一個新時代。

 

從技術上,在磁盤(HDD)的時代,由于磁盤屬于低速設備,因此SAS/SATA協議自身帶來的開銷可以忽略不計。但在SSD時代,SSD太快了,以至于SAS/SATA協議開銷變得沒法接受,作為SAS/SATA換代的協議,NVMe協議專為閃存介質設計,可以釋放SSD的性能,特別是延遲的能力。

 

相比PCIe閃存卡的形式,以往外置SSD要經過SAS/SATA,延遲高,在性能上存在差距,因此在需要數據加速的應用場景,如數據庫的OLTP應用,PCIe閃存卡就成為了不二選擇。Fusion IO創造了PCIe閃存卡產品形態,隨后Intel、三星、寶存(Shannon Systems)、Memblaze等紛紛涉足PCIe閃存卡市場,根據設計方式不同,PCIe閃存卡可以區分Host-Based、Device-Based兩種類型,其中差別在于嵌入式處理器的使用,其中Host-Base依賴主機處理器性能,自身不配處理器,在成本、功耗上表現優異。Device-Based則擺脫了閃存顆粒對于主機處理器資源的依賴,適用性更好。

 
 

寶存科技CEO陽學仕

 

從卡到盤,只是封裝形式的不同,其本質是一樣的。” 寶存科技CEO陽學仕強調說。
“以往主機沒有PCIe外置接口,要使用就只有基于主板上的接口,這就有了PCIe閃存卡這種形態。如今,U.2接口讓PCIe外置,NVMe外置SSD盤是水到渠成的事情。”他說。

 

適配應用層是關鍵

 

在盤的世界中, Intel、三星、東芝、希捷、西部數據、HGST等是“大咔”。從卡的世界來到盤的市場,寶存、Memblaze這樣品牌如何才能夠實現“猛龍過江”呢?
 

我們和這些大品牌的競爭始終存在,并非始自閃存卡‘紅利’的消失。”陽學仕說。

 

陽學仕表示:需要看到,Intel、三星這樣的廠商都有PCIe閃存卡的產品,在競爭中,寶存之所以在市場表現優異,是有其深刻原因的。

 

“本質上說,閃存存儲介質并不是一個可靠的介質,存在著寫入壽命受限等問題,需要通過校驗、RAID和磨損均衡設計等一系列措施,讓SSD設備能夠滿足應用的需要。這需要上層的應用軟件,如數據庫等和SSD硬件管理緊密配合,如此才能夠釋放閃存的優勢。” 陽學仕說。

 

與國際廠商相比,國內廠商在本地化服務和響應速度上占有明顯優勢,深入應用,密切配合這是國內品牌取成功的重要原因。

 

“這些優勢,以及技術上的沉淀積累,并不會因為硬件形態的改變而消失。”陽學仕說。

 

軟件定義,殊途同歸

 

在閃存卡加速卡世界中,Host-Based、Device-Based之爭曾是一道亮麗的風景。如今,在NVMe的時代,由于早期的NVMe標準采用Device-Based方式,Host-Based似乎也處于下風?;嵊瀉芏噯巳銜?,Host-Based很難轉型到Device-Based,即使轉型,經驗積累不夠也使其難以實現超越。

 

實際上,陽學仕曾是Mavell閃存控制器的技術負責人,對于閃存控制器技術非常熟悉。但在2011年,當他舉家歸國創辦上海寶存信息科技有限公司的時候,他卻選擇了Host-Based,也就是沒有CPU處理器的方案。

 

談到其中的原因,陽學仕表示:用戶并不關注Host-Based還是Device-Based,用戶關注的是如何發揮閃存的能力,解決實際應用中的性能瓶頸問題。

 

“我們不說Host-Based和Device-Based,我們說軟件定義設計嵌入式設計。我們認為軟件定義的方式更加有利于釋放閃存的特性。此外,在可靠性、功耗,以及成本上,軟件定義均占有優勢。” 陽學仕說。

 

NVMe標準從1.0,到1.2、1.3始終堅持開放的策略,其中,類似HMB(Host Memory Buffer), CMB(Controller Memory Buffer), open-channel SSD這樣技術,NVMe over Fabric等就是要將原本嵌入式控制器承擔資源和任務向主機、網絡進行遷移。所以未來,嵌入式和軟件定義應該是殊途同歸。

 

陽學仕表示:“未來的技術趨勢,就是將適合的軟件向主機進行遷移。” 

 

DRAM-less的話題

 

DRAM-less設計,是寶存在產品可靠性上的技術優勢,確保在極少量控制器緩存的情況下,應對在突發掉電情況下,由于緩存數據沒有落盤(沒有寫入NAND顆粒)所導致的數據丟失。

 

但是片上緩存的減少是否會影響系統的性能呢?以寫放大為例,對于SSD來說是要努力減少的,理論是緩存計算應該非常有效的辦法。對此,陽學仕指出,理論上是可以的,但在實際的產品實踐中,這個度是非常難以把握的。如果不是從單一產品(如盤)而是從系統應用的角度,系統會有非常多層緩存(buffer)的設計,但主機側的緩存是有效的,這也是為什么寶存堅持采用軟件定義設計方式的原因之一。

 

目前為止,寶存對外提供多種形式的產品方案。從軟件定義的Direct-IO PCIe Flash到Hyper-IO NVMe G5,包括SATA3 SSD的產品。寶存始終堅持針對應用軟件進行定制化和優化,在性能保持和通用型產品的技術優勢。“以原子寫技術為例,寶存是少數能夠將其產品化的廠商之一。” 陽學仕說。

 

小結

 

NVMe時代到來,推動閃存技術應用跨越了一個新的臺階,但這并不意味通用型產品時代的到來。技術的差異始終是存在的。其中,很多差異沒有辦法用簡單的方法分辨出來,特別是可靠性、穩定性需要時間的檢驗。在應用產品初期,產品之間來不開差距,但是隨著時間的累積,SSD壞塊的增加,不同的設計方案就會變現出很大的差異。

 

一句話,技術還在不斷進步之中,Host還是Device,嵌入式還是軟件定義,遠沒有到水落石出的時候!

 

(以上,感謝Dostor存儲在線總編宋家雨執筆全文。)
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