什么是固態(tài)存儲

根據(jù)SNIA(Storage Networking Industry Association)的定義，固態(tài)存儲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。SNIA從數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)的角度對固態(tài)存儲進行了定義。遵循該定義，當前固態(tài)存儲主要分兩類：基于RAM的固態(tài)存儲、基于Flash的固態(tài)存儲。

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

基于Flash的固態(tài)存儲，IO響應(yīng)時延一般在100μs～1ms左右。但隨著Flash顆粒技術(shù)的不斷成熟和CACHE等技術(shù)的運用，時延指標也 有不斷下降的趨勢。再加上Flash顆粒價格的不斷下降以及容量的不斷擴大，基于Flash的固態(tài)存儲正逐步成為當前階段的固態(tài)存儲主流技術(shù)。

在適用范圍上，業(yè)界的一個普遍看法是：容量需求小于128GB的場景，RAM固態(tài)存儲的性價比更高;容量需求介于128GB和4TB之間，RAM固 態(tài)存儲和Flash固態(tài)存儲的性價比相當，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)存儲的性價比更高。

機架式固態(tài)存儲

一般而言，基于RAM的固態(tài)存儲，因為受到掉電保護等限制，其外觀形態(tài)基本上都是機架式設(shè)備。而基于Flash的固態(tài)存儲則擺脫了傳統(tǒng)機械硬盤的許多物理限制，可以在外觀形態(tài)上進行相對自由的發(fā)揮。例如2.5英寸SSD硬盤、PCIe閃存卡、microSD卡、U盤、PCMCIA卡、機架式設(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，對各式各樣的固態(tài)存儲進行了如圖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)在幾個到幾十個的時候，我們將其歸為小架構(gòu)。當設(shè)備上的Flash顆粒數(shù)成百上千時，則可以歸為大架構(gòu)。

其中，機架式固態(tài)存儲設(shè)備是很有意思的一個分支。這類設(shè)備的外觀大小，從1U到數(shù)U不等，有點像傳統(tǒng)硬盤陣列，但是其內(nèi)部實現(xiàn)機制，卻與傳統(tǒng)硬盤陣列相去甚遠。根據(jù)內(nèi)部實現(xiàn)方式的不同，又可以將機架式固態(tài)存儲設(shè)備按照圖3的方式進行分類。

封閉架構(gòu)的機架式固態(tài)存儲

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)議的開銷，充分降低IO響應(yīng)時延。

這一類固態(tài)存儲設(shè)備，除了對外提供的主機接口需要遵循相應(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)生的時延開銷。基于這樣的設(shè)計，此類設(shè)備的IO響應(yīng)時延一般在50μs～300μs左右。

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

開放架構(gòu)的機架式固態(tài)存儲

所謂開放，指的是基于標準接口的SSD來構(gòu)建的固態(tài)存儲設(shè)備。整個設(shè)備均針對SSD進行設(shè)計和開發(fā)，充分消除了IO路徑上的各種時延瓶頸。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IO的處理不引入過大的時延等。經(jīng)過這些設(shè)計，能夠?qū)⒔尤氲乃蠸SD 硬盤的性能全部發(fā)揮出來，實現(xiàn)系統(tǒng)的性能與SSD硬盤數(shù)量呈現(xiàn)近似于線性的增長。

由于此類設(shè)備內(nèi)部與后端SSD之間是通過標準通信協(xié)議(如SATA、SAS等)進行交互的，所以其IO響應(yīng)時延比封閉架構(gòu)略大一些，一般在200μs～1ms左右。華為賽門鐵克的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，在外形上與開放架構(gòu)十分相似，以至于很多人無法正確區(qū)分這兩者。

這一類設(shè)備就是在專門為傳統(tǒng)機械硬盤所設(shè)計的陣列中插入SSD，以獲取一定程度上的性能提升。此類陣列是針對傳統(tǒng)機械硬盤所設(shè)計的，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延等，均無法完全發(fā)揮SSD的優(yōu)勢。例如，為了將一塊SATA接口的SSD插入到一個后端為FC環(huán)路的傳統(tǒng)陣列中，需要使用FC/SATA轉(zhuǎn)換芯片，該芯片所引入的時延為數(shù)十至數(shù)百微秒左右。這個時延對于機械硬盤數(shù)個毫秒的時延來說，是微不足道的，但它卻與 SSD的響應(yīng)時延相當，會對系統(tǒng)性能產(chǎn)生極大影響。有能力提供傳統(tǒng)硬盤陣列的廠商，均能夠提供此類產(chǎn)品。

機架式固態(tài)存儲發(fā)展趨勢分析

當前的三種機架式固態(tài)存儲設(shè)備，會在較長時間內(nèi)共存并且競爭：

一、插滿SSD的傳統(tǒng)陣列

對于那些希望對存量設(shè)備進行平滑加速的客戶風險相對較小，所以具有一定吸引力。這種方式對性能的提升有限，導致性價比極低。隨著人們對固態(tài)存儲的認識的加深，這種形態(tài)的產(chǎn)品會逐步被拋棄。

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)硬盤陣列，這種固態(tài)存儲的性能提升幅度大，大多數(shù)服務(wù)器、主機應(yīng)用尚未完全做好準備，可能導致存儲性能過剩。目前，封閉架構(gòu)的機架式固態(tài)存儲產(chǎn)品，內(nèi)部集成度較高，大都無法做到在線更換部件，且產(chǎn)品穩(wěn)定性有待更長時間的檢驗。

三、開放架構(gòu)

開放架構(gòu)繼承了存儲廠商在傳統(tǒng)陣列的積累，同時又充分利用了標準件，相比封閉架構(gòu)而言，相對成熟和穩(wěn)定，更有利于市場平滑向固態(tài)存儲過渡。 Dorado2100，就是在華為賽門鐵克成熟的自研硬件平臺和SSD的基礎(chǔ)上，充分消除IO路徑上的時延瓶頸，進而推出的一款開放架構(gòu)的機架式固態(tài)存儲設(shè)備。一定程度的前后兼容、避免全新供應(yīng)商的評估引入、漸進式的替換策略等等，均是客戶無法規(guī)避的考慮要素，甚至這些因素的權(quán)重已高于性能指標。受限于訪問SSD的協(xié)議開銷，開放架構(gòu)在性能上尚無法與封閉架構(gòu)看齊。

插滿SSD的傳統(tǒng)陣列，由于供貨門檻低，且能部分地解決客戶的問題，也被一些廠商稱為是能提供機架式固態(tài)存儲設(shè)備。但隨著客戶對固態(tài)存儲認識的加深，這種產(chǎn)品最終只能變成對存量傳統(tǒng)陣列的一種補充。機架式固態(tài)存儲市場的競爭者，將剩下封閉架構(gòu)和開放架構(gòu)。

封閉架構(gòu)和開放架構(gòu)的競爭，還會持續(xù)2～3年，直到某些產(chǎn)品能很好地融合二者的優(yōu)勢，在兼容性、穩(wěn)定性、性能指標、功能特性、價格等多方面同時滿足客戶為止，屆時機架式固態(tài)存儲將迎來新一輪飛躍。

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