NVMe推动PCIe与闪存紧密结合

当闪存时代到来，数据中心的存储会是以什么形式存在呢？磁盘时代毫无疑问，磁盘阵列是数据中心存储的主要组成部分，在磁盘阵列的组织下，大量磁盘能够并发工作，满足应用对存储性能的需求。但是闪存不一样，闪存代表的是更简单、高效、高性能的存储。要达到这个效果，接口和接口走的协议是非常重要的一环，SCSI/SAS的一套体系显然是无法充分发挥闪存性能的，能够预见的是PCIe/NVMe是闪存的未来。本文也将围绕PCIe/NVMe来谈下闪存的未来。

针对磁盘能够说SAS是一个非常优良的接口，在其设计之初就将数据怎样写进磁盘进行了全面的考虑，通过HBA卡组织多块硬盘方便的组织在一起形成一个完整的存储池，另一方面SAS的接口带宽已经发展到了12Gb/s，而且当下随着光纤SAS技术的发展，其在存储阵列中的应用也越来越多，能够说SAS是磁盘完美搭档。但是SAS的体系架过于复杂，对于追求高性能而且可靠性比磁盘高的多的闪存来说SAS自然并不是一个好选择，这就催生了固态硬盘接口从SAS/SATA向PCIe的转换，但是出现的新问题是物理接口转换到PCIe之后，那么数据传输协议使用什么呢？

LSI之前的做法是在PCIe闪存卡中加入一个SAS控制器进行转接，这种做法将闪存产品的形态快速的从固态硬盘转向了PCIe闪存卡，但是从根本上讲这依然是一个SAS固态硬盘。PCIe闪存卡需要的是一个新的高效、简洁而且能发挥其高性能的协议标准，之前Fusion-io为代表的闪存初创公司也做出了努力，但是其标准并不开放，所以并没有受到广泛的重视，就在这样一个背景下 NVMe就在这种背景下被设计出来，简单说来NVMe规范了PCIe闪存卡存储数据的协议标准，使得PCIe成为了更优秀的硬盘接口。

从上图能够直观的看出从应用到闪存盘的过程中，到NVMe驱动器的路径要比到SAS驱动器的路径短，简化的路径缩短了数据传输的中间环节。NVMe相对于SCSI/SAS的延迟上的降低是非常明显的。

上图直观的展示了PCIe/NVMe的优势，在4K随机读/写负载中，PCIe/NVMe带来6倍于6Gb/秒SATA的吞吐量提升。在队列深度设为128时，4K全读负载的IOPS将近50万。而这对于SAS/SATA都是无法做到的。所以未来主机端PCIe闪存卡将是一个Tie0层存储的最佳选择。

如果PCIe如此优秀，而且NVMe也在帮助PCIe实现闪存的性能，那么这样的产品怎样与SAN结合，或者说怎样实现存储资源的共享呢？在IDF2012上，关于这样讨论就已经开始了。

上图展示了一个模型，简单的说PCIe/NVMe的闪存卡连接到PCIe交换背板上，数据经封装后通过FCoE传至服务器。由于PCIe本身设计是用于机箱内部短距离互连的，那么线缆做的过长时候其信号完整性难以保证，所以包括PCIe交换机在内的一系列概念被相继提出(当然，PCIe交换机这个概念听起来非常新鲜，闪存的发展非常大程度上推动了这项技术的发展，事实上PMC收购的IDT已经在PCIe交换芯片上有了很大的突破)。(相关阅读：《PCIe外部连接：交换机、传输距离和存储应用》)

现在主要的NVMe联盟成员列表

开放是PCIe/NVMe能够走向成功的关键，而且相比优秀的标准来说，开放的开发环境更是推动PCIe/NVMe走向成功的关键（这点从Fusion-io从辉煌走向被收购的事实能够看出，Fusion-io无疑是闪存技术的大拿，产品质量非常高，但是其产品和技术走的路线走的过于封闭，在闪存卡市场刚刚兴起时Fusion-io无疑风光无限，但是随着闪存技术的发展和NVMe发展，Fusion-io就失去了优势）。从上图中我们看到了NVMe联盟中有芯片厂商PMC、有阵列厂商EMC、NetApp、Dell这样的传统存储阵列厂商、也有LSI、美光、SanDisk这样的PCIe闪存卡厂商。未来PCIe/NVMe也将需要一批这样的厂商来建立起自己的一个生态系统，现在看来大大小小的PCIe闪存卡厂商扮演着提供基本存储单元的角色，另一方面还有IDT这样的厂商，他们将PCIe/NVMe闪存卡的应用范围进一步拓宽。值得注意的是英特尔，近日英特尔发布了三款新的PCIe/NVMe闪存卡新品，其闪存战略也算向前迈出了一步，但是笔者英特尔绝不仅是一个闪存卡厂商的角色，英特尔最擅长的就是推动一个标准走向成熟或者说推动一个完善生态圈建设，所以未来PCIe/NVMe从协议标准化到产品再到解决方案以及最终的市场建设，英特尔都将是一个重要的角色。

现在看来PCIe/NVMe为闪存卡的发展指明了一个方向，而且发展前景很光明，但是PCIe/NVMe闪存仍处于一个发展的初级阶段，大部分时候其作用仍然限制在加速关键应用的响应速度上。而资源的共享、大量的闪存卡资源管理等环节都有很多问题急需解决。正如磁盘时代，需要磁盘厂商、各种板卡厂商、存储阵列厂商加上数据保护等软件厂商的共同努力才能建立起一个完整的生态。

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