什么是固態(tài)存儲(chǔ)

根據(jù)SNIA(Storage Networking Industry Association)的定義，固態(tài)存儲(chǔ)被定義為基于硅晶芯片，而不是旋轉(zhuǎn)磁碟或者流式磁帶的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。SNIA從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)的角度對(duì)固態(tài)存儲(chǔ)進(jìn)行了定義。遵循該定義，當(dāng)前固態(tài)存儲(chǔ)主要分兩類：基于RAM的固態(tài)存儲(chǔ)、基于Flash的固態(tài)存儲(chǔ)。

基于RAM的固態(tài)存儲(chǔ)在性能上具有較大優(yōu)勢(shì)，IO響應(yīng)時(shí)延一般在10μs～20μs左右，但是容量不易做大。目前市場(chǎng)上基于RAM的固態(tài)存儲(chǔ)，大多用于一些對(duì)存儲(chǔ)性能有較高要求，但對(duì)容量要求不高的場(chǎng)景，例如銀行事務(wù)、證券交易等。

基于Flash的固態(tài)存儲(chǔ)，IO響應(yīng)時(shí)延一般在100μs～1ms左右。但隨著Flash顆粒技術(shù)的不斷成熟和CACHE等技術(shù)的運(yùn)用，時(shí)延指標(biāo)也 有不斷下降的趨勢(shì)。再加上Flash顆粒價(jià)格的不斷下降以及容量的不斷擴(kuò)大，基于Flash的固態(tài)存儲(chǔ)正逐步成為當(dāng)前階段的固態(tài)存儲(chǔ)主流技術(shù)。

在適用范圍上，業(yè)界的一個(gè)普遍看法是：容量需求小于128GB的場(chǎng)景，RAM固態(tài)存儲(chǔ)的性價(jià)比更高;容量需求介于128GB和4TB之間，RAM固 態(tài)存儲(chǔ)和Flash固態(tài)存儲(chǔ)的性價(jià)比相當(dāng)，應(yīng)該更多地考慮一些其他的因素;容量需求大于4TB，F(xiàn)lash固態(tài)存儲(chǔ)的性價(jià)比更高。

機(jī)架式固態(tài)存儲(chǔ)

一般而言，基于RAM的固態(tài)存儲(chǔ)，因?yàn)槭艿降綦姳Ｗo(hù)等限制，其外觀形態(tài)基本上都是機(jī)架式設(shè)備。而基于Flash的固態(tài)存儲(chǔ)則擺脫了傳統(tǒng)機(jī)械硬盤(pán)的許多物理限制，可以在外觀形態(tài)上進(jìn)行相對(duì)自由的發(fā)揮。例如2.5英寸SSD硬盤(pán)、PCIe閃存卡、microSD卡、U盤(pán)、PCMCIA卡、機(jī)架式設(shè)備等 (如圖1所示)。

業(yè)界按照不同的外觀形態(tài)以及所管理的Flash顆粒數(shù)量，對(duì)各式各樣的固態(tài)存儲(chǔ)進(jìn)行了如圖2的分類。所謂的“小架構(gòu)”和“大架構(gòu)”，屬于模糊定義。一般而言，設(shè)備上的Flash顆粒數(shù)在幾個(gè)到幾十個(gè)的時(shí)候，我們將其歸為小架構(gòu)。當(dāng)設(shè)備上的Flash顆粒數(shù)成百上千時(shí)，則可以歸為大架構(gòu)。

其中，機(jī)架式固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備是很有意思的一個(gè)分支。這類設(shè)備的外觀大小，從1U到數(shù)U不等，有點(diǎn)像傳統(tǒng)硬盤(pán)陣列，但是其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)機(jī)制，卻與傳統(tǒng)硬盤(pán)陣列相去甚遠(yuǎn)。根據(jù)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)方式的不同，又可以將機(jī)架式固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備按照?qǐng)D3的方式進(jìn)行分類。

封閉架構(gòu)的機(jī)架式固態(tài)存儲(chǔ)

所謂封閉，指的是IO處理流程中的關(guān)鍵器件或軟件全部由開(kāi)發(fā)商自行研發(fā)，這樣可以充分消除IO處理流程中的各種交互協(xié)議的開(kāi)銷，充分降低IO響應(yīng)時(shí)延。

這一類固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備，除了對(duì)外提供的主機(jī)接口需要遵循相應(yīng)的物理規(guī)范和通信協(xié)議外，其內(nèi)部各種硬件接口均盡量采用低時(shí)延接口，如PCIe、FB- DIMM等。而且，其內(nèi)部通信協(xié)議均為私有協(xié)議，以便減小交互所產(chǎn)生的時(shí)延開(kāi)銷?；谶@樣的設(shè)計(jì)，此類設(shè)備的IO響應(yīng)時(shí)延一般在50μs～300μs左右。

我們可以將封閉架構(gòu)的機(jī)架式固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備，看作是一款大號(hào)的SSD硬盤(pán)。Violin的V3200、TMS的RamSan-630等，均屬此類。

開(kāi)放架構(gòu)的機(jī)架式固態(tài)存儲(chǔ)

所謂開(kāi)放，指的是基于標(biāo)準(zhǔn)接口的SSD來(lái)構(gòu)建的固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備。整個(gè)設(shè)備均針對(duì)SSD進(jìn)行設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，充分消除了IO路徑上的各種時(shí)延瓶頸。例如保證 IO路徑上的主干帶寬和IOPS處理能力與全部SSD總處理能力相匹配，軟件確保對(duì)IO的處理不引入過(guò)大的時(shí)延等。經(jīng)過(guò)這些設(shè)計(jì)，能夠?qū)⒔尤氲乃蠸SD 硬盤(pán)的性能全部發(fā)揮出來(lái)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的性能與SSD硬盤(pán)數(shù)量呈現(xiàn)近似于線性的增長(zhǎng)。

由于此類設(shè)備內(nèi)部與后端SSD之間是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議(如SATA、SAS等)進(jìn)行交互的，所以其IO響應(yīng)時(shí)延比封閉架構(gòu)略大一些，一般在200μs～1ms左右。華為賽門(mén)鐵克的Dorado2100、Nimbus的S-class等，均屬此類。

插滿SSD的傳統(tǒng)陣列

插滿SSD的傳統(tǒng)陣列，在外形上與開(kāi)放架構(gòu)十分相似，以至于很多人無(wú)法正確區(qū)分這兩者。

這一類設(shè)備就是在專門(mén)為傳統(tǒng)機(jī)械硬盤(pán)所設(shè)計(jì)的陣列中插入SSD，以獲取一定程度上的性能提升。此類陣列是針對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械硬盤(pán)所設(shè)計(jì)的，所以在IO路徑上的各種軟件處理流程、芯片處理能力和引入時(shí)延等，均無(wú)法完全發(fā)揮SSD的優(yōu)勢(shì)。例如，為了將一塊SATA接口的SSD插入到一個(gè)后端為FC環(huán)路的傳統(tǒng)陣列中，需要使用FC/SATA轉(zhuǎn)換芯片，該芯片所引入的時(shí)延為數(shù)十至數(shù)百微秒左右。這個(gè)時(shí)延對(duì)于機(jī)械硬盤(pán)數(shù)個(gè)毫秒的時(shí)延來(lái)說(shuō)，是微不足道的，但它卻與 SSD的響應(yīng)時(shí)延相當(dāng)，會(huì)對(duì)系統(tǒng)性能產(chǎn)生極大影響。有能力提供傳統(tǒng)硬盤(pán)陣列的廠商，均能夠提供此類產(chǎn)品。

機(jī)架式固態(tài)存儲(chǔ)發(fā)展趨勢(shì)分析

當(dāng)前的三種機(jī)架式固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備，會(huì)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)共存并且競(jìng)爭(zhēng)：

一、插滿SSD的傳統(tǒng)陣列

對(duì)于那些希望對(duì)存量設(shè)備進(jìn)行平滑加速的客戶風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小，所以具有一定吸引力。這種方式對(duì)性能的提升有限，導(dǎo)致性價(jià)比極低。隨著人們對(duì)固態(tài)存儲(chǔ)的認(rèn)識(shí)的加深，這種形態(tài)的產(chǎn)品會(huì)逐步被拋棄。

二、封閉架構(gòu)

由于充分消除了系統(tǒng)中的各種性能瓶頸，所以性能一直處于領(lǐng)先地位。相比傳統(tǒng)硬盤(pán)陣列，這種固態(tài)存儲(chǔ)的性能提升幅度大，大多數(shù)服務(wù)器、主機(jī)應(yīng)用尚未完全做好準(zhǔn)備，可能導(dǎo)致存儲(chǔ)性能過(guò)剩。目前，封閉架構(gòu)的機(jī)架式固態(tài)存儲(chǔ)產(chǎn)品，內(nèi)部集成度較高，大都無(wú)法做到在線更換部件，且產(chǎn)品穩(wěn)定性有待更長(zhǎng)時(shí)間的檢驗(yàn)。

三、開(kāi)放架構(gòu)

開(kāi)放架構(gòu)繼承了存儲(chǔ)廠商在傳統(tǒng)陣列的積累，同時(shí)又充分利用了標(biāo)準(zhǔn)件，相比封閉架構(gòu)而言，相對(duì)成熟和穩(wěn)定，更有利于市場(chǎng)平滑向固態(tài)存儲(chǔ)過(guò)渡。 Dorado2100，就是在華為賽門(mén)鐵克成熟的自研硬件平臺(tái)和SSD的基礎(chǔ)上，充分消除IO路徑上的時(shí)延瓶頸，進(jìn)而推出的一款開(kāi)放架構(gòu)的機(jī)架式固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備。一定程度的前后兼容、避免全新供應(yīng)商的評(píng)估引入、漸進(jìn)式的替換策略等等，均是客戶無(wú)法規(guī)避的考慮要素，甚至這些因素的權(quán)重已高于性能指標(biāo)。受限于訪問(wèn)SSD的協(xié)議開(kāi)銷，開(kāi)放架構(gòu)在性能上尚無(wú)法與封閉架構(gòu)看齊。

插滿SSD的傳統(tǒng)陣列，由于供貨門(mén)檻低，且能部分地解決客戶的問(wèn)題，也被一些廠商稱為是能提供機(jī)架式固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備。但隨著客戶對(duì)固態(tài)存儲(chǔ)認(rèn)識(shí)的加深，這種產(chǎn)品最終只能變成對(duì)存量傳統(tǒng)陣列的一種補(bǔ)充。機(jī)架式固態(tài)存儲(chǔ)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)者，將剩下封閉架構(gòu)和開(kāi)放架構(gòu)。

封閉架構(gòu)和開(kāi)放架構(gòu)的競(jìng)爭(zhēng)，還會(huì)持續(xù)2～3年，直到某些產(chǎn)品能很好地融合二者的優(yōu)勢(shì)，在兼容性、穩(wěn)定性、性能指標(biāo)、功能特性、價(jià)格等多方面同時(shí)滿足客戶為止，屆時(shí)機(jī)架式固態(tài)存儲(chǔ)將迎來(lái)新一輪飛躍。

wangzhen