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NVMe已达主流存储应用引爆临界点?

时间:2018-12-06 作者:Gary Hilson 阅读:
2018年可说是NVMe重要的一年。即将举行的NVMe开发者大会预计将更进一步凝聚业界对于NVMe接口和存储协议达到爆发点的共识…

当某一种技术找到自己的舞台时,就已经算是成功了。一场专门针对NVM Express (NVMe)技术的开发者大会即将在明天展开,预计这将有于巩固整个产业对于NVMe主控制器接口和存储协议在过去一年达到爆发点的共识。

市场研究机构Coughlin Associates创办人Thomas Coughlin说:“今年是NVMe重要的一年。到了明年,我们将会看到大部份新产品采用NVMe。”

Coughlin解释,这包括采用NVM Express Over Fabrics (NVMe-oF)较新规格的产品,甚至还有一些采用NVMe的硬盘产品。他并补充说:“它看起来就像是一种通用的存储架构。”

NVMe的主要优点之一在于该接口释放了固态硬盘(SSD)中的闪存(flash)性能,在此之前,这部份的性能一直受到专为自旋磁盘设计的架构限制。但是,Coughli认为,SATA接口也并不至于因此而快速消失。他说:“目前还有很多的技术架构仍持续获得人们的支持。”

Coughlin表示,越来越多的客户和企业应用纷纷使用NVMe,期望不仅能充份利用flash的性能,同时也善用其他内存级存储技术,如3D Xpoint和其他新兴技术。同时,NVMe-oF将有助于较传统的存储技术能够持续用于可发挥之处。

Coughlin指出,该标准的另一特点是能够使用NVMe管理接口(NVM Express Management Interface;NVMe-MI),将管理任务从SSD移至主机。这一作法正伴随运算存储的概念逐步发展中,特点是当处理能力被置于存储设备本身之际。 Coughlin认为NVMe在这方面也扮演着重要角色,正如最近由存储网络产业协会(Storage Networking Industry Association;SNIA)旗下运算存储技术工作组(Computational Storage Technical Work Group)正进行中的任务。

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2018年对于NVM Express组织来说是相当忙碌的一年,他们陆续更新了NVMe-MI接口和相对较新的NVMe-oF规格,预计这些新规格将在明年备受关注

根据NVM Express Inc. 总裁Amber Huffman介绍,第一版NVMe规格于2011年发布,后来加入了NVMe-MI用于统一管理设备和NVMe-oF;在可预见的未来,NVM Express组织还将大力推动这项任务。NVMe规格支持所选择的架构,无论采用以太网络还是Omnipass等,都可以利用穿隧协议端对端地利用NVMe。Huffman表示,相较于PCIe在以单一机盒连接十几台设备时的性能表现不佳,NVMe-oF则可以轻松连接数据中心的数千台设备。

Huffman表示,NVMe-oF 1.1版将于明年初推出,除了RDMA和光纤信道外,其中将包括一个TCP层,可以使用InfiniBand、以太网络或Omnipass。而在加入TCP后,目前有许多供应商就算投资于缺少RDMA功能的网络适配器,也可以利用NVMe-oF。

准备好随时接受挑战

随着时间的进展,第一版NVMe规格逐渐增加了更新的功能——如1.2版实时固件更新以及1.3版的清理功能,这些功能其实在SCSI和SATA中已经很常见了。随着NVMe 1.4版将于明年年中推出,预计还将增加IO确定性(IO Determinism),以确保整个网络和存储之间紧密且一致的延迟。同时,新增的管理规范还提供了管理设备机箱的能力。

Huffman表示,NVMe的目标在于随时准备好接受挑战,开放地接受与适应新技术,如新兴的存储级内存3D Xpoint和Optane等。随着SD卡协会(SD Card Association)持续推广SD 7.0,该组织开始采用NVMe以扩展性能。她说,该组织自成立以来的目标始终在于确保NVMe作为一个针对未来存储类存内存实现优化的接口。

在针对各版本NVMe规格进行各种更新和扩展的过程中,互操作性(interoperability)一直是关键。随着NVMe的进展,每年举办两次的NVMe插拔测试大会(NVMe Plugfest)也在不断进展中。最近刚刚落幕的第十届互操作性大会不仅包括相当成熟的传统NVMe SSD测试,还结合了NVMe管理接口和NVMe-oF等新测试项目。

美国新罕布什尔大学(University of New Hampshire)互操作性实验室(InterOperability Laboratory)数据中心技术资深工程师David Woolf表示,今年有许多人对利用TCP进行NVMe概念验证深感兴趣,包括不同供应商之间的各种互操作性测试。Woolf说:“我们试图确保在Plugfest进行的测试遵循规格要求,目前在这方面显然有一点落后。”

尽管NVMe协议在设计之初即考虑到flash,但它与控制器背后的内存类型是无关的。Woolf说,这意味着从NVMe一致性的角度来看,相同的协议测试也适用,不过,产品的性能和延迟可能各不相不同。但他表示,尽管测试结果可能相同,但随着NVMe规格变得更加复杂并且添加更多功能,测试也变得越来越复杂了。例如,为了适应NVMe 1.3的变化,至今已添加了更多测试。

最终,NVMe技术发展蓝图引导着Plugfest活动。Woolf说:“目前已有一些关于开放信道类型硬盘和运算存储的讨论。但这毕竟还是相当遥远的事情。当这些事情开始落实于规格与批准后,我们希望被有人知会我们将其添加至测试中。”

随着NVM Express更加关注于NVMe-oF,测试任务也随之而来,因而也确保了它能在实际场景中有效地部署。
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计划于明年发布的NVMe 1.4将支持IO Determinism功能,让主机将SSD视为许多小型的子SSD,并在每个子SSD上平行处理IO注

美光科技(Micron Technology)一直是NVMe-oF的先驱厂商,已经在去年年初发布的标准上更超前一步进展。美光的SolidScale架构专为低延迟、高性能的运算和存储资源利用访而设计,专用于解决数据中心CPU利用不足的问题,特别是由于部署在应用服务器中的NVMe SSD平均使用不到50%的IOPS和容量。

超越炒作周期

美光科技NVMe产品线经理Cliff Smith表示,企业和云端客户基础仍是该公司产品的主要采用者。“今年我们已经见到有许多大规模的云端客户,他们采用SSD或组件形式耗用了相当多的flash。”

这种市场吸引力来自于从SATA SSD转向NVMe SSD的带动。同时,企业客户基础则受到戴尔(Dell)、惠普(HP)和联想(Lenovo)等厂商在其服务器中添加新技术的引导,而像亚马逊(Amazon)或微软(Microsoft)等云端企业则拥有整个堆栈,因而能够更快地采用NVMe。

Smith表示,NVMe已经超越了市场炒作周期,现正积极的整合中,部份原因在于现有的大型存储供应商已经并吞了许多创新的新创存储公司,这些公司一开始就使用all-flash数组,以软件导向的方法利用NVMe硬盘。同时,超大规模企业和大型企业客户也已经实施了这些技术。

尽管3D Xpoint商业化和英特尔最近大力推动Optane,美光的解决方案仍坚持使用其基于NAND的NVMe产品线。Smith表示,3D Xpoint将会被认为更像是内存,而不是用于NVMe接口的另一备选技术。

Smith说:“我们的想法是,存储级内存是另一层,在这一层中除了DRAM以外,还会有2到4个机架。您可以让数据更接近处理器,这对于深度学习和机器学习类型的算法非常有意义,因为您将会有一个特定的数据集需要保留在快取中。我们可不想在NVME总线上执行存储级内存。”

编译:Susan Hong, EET Taiwan

 

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