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闪存逐鹿——NVMe引领闪存新时代

发布时间:2014-07-09 10:28:00 来源:比特网 作者:PMC
关键字:NVMe PCIe 闪存

  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SATASAS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、IntelEMC、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。

  PMC 的NVMe闪存控制器的使用者包括制造具备PCIe Gen 3/2、基于标准NVMe的企业级SSD厂商。该SSD可用于企业级集中式存储系统、服务器缓存应用和其他要求高性能存储驱动的系统。终端用户可针对云计算和商业关键应用在其数据中心中部署这些基于PCIe的SSD系统,如在线交易处理、财务数据处理、数据库挖掘和任何对存储性能敏感的应用。PMC公司研发的基于开放标准NVMe的PCIe闪存控制器得益于贯彻始终的对NVMe标准的推动与创新,在上市时间及各项核心性能上均遥遥领先竞争对手,势必成为大数据时代数据中心闪存化的浪潮中高性能应用不可或缺的垫基石。

  流量剧增催生了闪存大潮。Gartner公司预计2015 年之前,PCIe企业级控制器市场将翻两番,达到近 350 万。PMC基于NVMe的PCIe闪存控制器领先同侪,尽占市场先机,已为多家世界级社交媒体、搜索引擎供应商等所采用。在中国正与多家数据中心及SSD企业顺利接洽,相信不久的将来,PMC公司推出的基于开放标准NVMe的PCIe闪存控制器必将引领中国数据中心的变革,为企业及用户带来性能上再一次新的腾飞。


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