发光几何通道单点透视的未来风格三维图形

推动 NVMe 走向未来

新世纪伊始,企业和云基础设施出现大量关于 NVMe 未来的讨论。从 NVMe over Fabrics 到全新外形尺寸乃至 PCIe 5.0,大量创新必将在今年公布。

尽管存在这种围绕新发明、新产品发布和创新实施方法的氛围,NVMe 普及只是刚刚拉开序幕。普及可能比分析师和新闻记者预期得慢,我们在此重点介绍关于今年 NVMe 普及推动因素的七项预测。

1. 未来仍将是效率为王

大部分数据中心经理们专注于计算,而 NVMe 可提高效率的事实将迫使许多人开始这种转变。得益于拥有更多可用计算资源和更高传输速度,数据中心能够做到事半功倍,从而让这种转变更具吸引力。

2. 普及将随着现成解决方案的增加而扩大化

并非所有数据中心都生而平等。科技巨头们拥有充裕预算来打造自定义组件,不必依赖现成组件就能实现最佳或最快的产品。随着更多制造商开始推出经济实惠的 NVMe 存储解决方案,我们将开始看到更多一级和二级提供商进行迁移。随着商用产品的上市,相当数量的市场验证和测试已经证明了它的价值。

3. RAID 方法将会改变

服务器机架之间有二进制数字浮动,背景中有明亮反射

理论上,实施 NVMe 可以从硬件控制器释放存储设备,并为您提供远高于 SATA 和 SAS 的性能。但在架构一直依赖基于硬件的 RAID 控制器和冗余实践的情况下,这项实施如同捅了马蜂窝。基于硬件的 RAID 控制器制造商将需要适应新兴的 NVMe,并提供解决方案来连接现有的 U.2 服务器背板,为基于硬件的 NVMe RAID 解决方案提供支持。现在市场上已经有一些支持 NVMe 的 RAID 卡,但市场还很新。当基于硬件的 RAID 处于初级发展阶段,而组织要转向使用 NVMe 时,就不得不考虑架构设计决策,因为组织将需要探索如何同时满足高可用性实践要求,而无论是通过基于软件的 HCI 解决方案(例如 vSAN、Ceph、Linux 基于软件的 RAID 或 lvm 镜像),还是通过基于应用的高可用性复制(例如 SQL always-on 或 Oracle ASM 镜像)。可以说这些基于软件的设计决策仍将与基于硬件的 RAID 控制器并存,因为后者仅防范单点故障。

4. NVMe over Fabrics 将意义非凡

建筑物的抽象图像,其中道路上有光路,用来代表数据通道

NVMe-oF 实现对专用网络 (FC/RDMA/TCP) 中的 NVMe 设备进行集中、共享访问,从而支持访问通过网络连接的硬盘,就像硬盘在客户服务器本地一样。NVMe 集中存储管理的优势包括简化管理、提高容量利用率,以及更轻松地消除单点故障。NVMe-oF 规范需要光纤通道、RDMA 或 TCP fabrics。自 20 世纪 90 年代中期以来,光纤通道协议 (FCP) 一直是领先的企业存储传输技术,用于通过光纤通道网络传输 SCSI 数据包,因此,让 NVM express 定义全新的“FC-NVMe”协议并实现通过光纤通道传输 SCSI 和 NVMe 流量变成关键,这可以让现有 FCP 用户升级为 FC-NVMe。RDMA(远程直接内存访问)是另一个在 Infiniband、RoCE(基于聚合以太网的 RDMA)和 iWARP fabrics 上存在数年的主流协议,因此,以 RDMA 为基础进行构建是让 NVM express 利用这些现有传输技术的方法。自 20 世纪 70 年代末期以来,TCP/IP 一直是最主流的网络传输协议,具备可靠的设计原则。让 NVM express 开发通过现有 TCP 网络传输 NVMe 命令的方法是自然而言的事情,这可以降低部署成本并缩短设置时间。

由于伴随 SCSI 设备存在的瓶颈将此堆栈向上移动至网络控制器和接口,NVMe-oF 还给 IT 基础设施带来了更多挑战,但许多公司在这个领域实现了创新,推出了支持更高网络速度和高度可调优 QoS 的交换机和 NIC。所有闪存制造商也都在提供端到端 NVMe-OF 实施方面实现了创新,提供了一系列的调优工具来改善 QoS 和消除吵闹的邻居。

5. 软件定义客户推动发展

越来越多的云客户不再只是追寻读/写能力。他们现在专注于如何最大限度地改善计算密集型服务,并提供给他们的最终用户。从基于云的转码到密集型游戏应用,NVMe 能实现另一个性能层。这也让提供商可以提供基于性能优势的定价模型,从而证明基础设施前期成本的合理性。VMware vSAN 和 Ceph 之类的现有软件定义解决方案取得长足发展,可实现对 NVMe 设备的支持、在集群节点之间传输 NVMe 流量,并让用户可以利用高度可扩展、更低成本的存储实施最大限度改善他们的计算基础设施。

金士顿 DC1000M 和 DC1000B 服务器固态硬盘

6. 外形尺寸是个因素

对于 NVMe 而言,其中一个难点是热插拔能力。虽然一些制造商推出了新的外观尺寸(包括 U.2、M.2、EDSFF 和 E1.S),但这些需要数据中心执行更大规模的硬件整改。没有现有的接口,他们通常需要新的背板和主板支持。随着 Gen4 的到来,PCIe Gen3 仍是首选连接,因为只有一个 CPU 架构支持 Gen4。U.2 外形尺寸最受认可,得益于它提供非常常见的 2.5 英寸外形尺寸,而服务器制造商致力于推出前面载入 U.2 机箱有一段时间了。除了外形尺寸,U.2 也支持热插拔,因此在数据中心变得流行起来。

7. 耐用性和可预测的性能优先于速度和馈送

尽管今天的绝大多数制造商会强调他们数据表中的峰值 IOPS 和最低延迟数字,但越来越多的数据中心经理们依赖的是一致性而非峰值性能。总体而言,峰值数字提供假定的性能值,但面对全利用率和全负荷,很少能始终达到这些数字。因此,越来越多的数据中心经理们需要可靠、持续高的性能,通过他们的投资提高可预测性和可靠性。

对于 NVMe 产品,今天应是特别的一年,尤其是在客户端方面。NVMe 将是存储的未来,不过,在数据中心经理们彻底迁移出 SATA 和 SAS 解决方案之前,仍然将需要一些时间让所有组件变得明朗化。

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