發光幾何隧道的 Futuristic 3D 一點透視圖

推動 NVMe 邁向未來

在新的一個十年之始,關於 NVMe 在企業和雲端基礎設施的未來前景,討論十分熱烈。討論涵蓋 NVMe over Fabric 技術到新的尺寸規格,甚至是 PCIe 5.0,可預期今年將有大量創新技術推出。

NVMe 的採用圍繞著新發明、新產品發佈以及新穎實施方法的氛圍迅速發展。儘管推出時間晚於分析師以及記者所預期,但是我們將重點放在今年將帶動 NVMe 採用率的七項預測。

1. 效率仍然是王道

雖然多數資料中心管理員將重點放在計算方面 — NVMe 能夠讓工作更有效率,這促使得許多企業開始進行轉換。資料中心擁有更多可用計算資源以及更快的轉移速度,達成事半功倍的效果,進而使得轉換更具吸引力。

2. 採用 NVMe 會增加更多現成規格的解決方案

並非每個資料中心的建立方式都相同。超大規模業者有龐大預算可建立客製化組件,無需依賴現成組件即可擁有最佳或是速度最快的產品。隨著有更多製造商開始推出平價的 NVMe 儲存裝置解決方案,有更多的一級以及二級的供應商會著手進行轉換。同時隨著商業產品的推出,大量的市場驗證和測試已經證明了其價值。

3. RAID 方法將會有所改變

二進位數字在伺服器機櫃之間浮動,背景中有明亮反射

理論上而言,實施 NVMe 可解鎖硬體控制器中的儲存裝置,且表現遠遠超出SATA 與 SAS 。但是當架構一直依靠硬體架構的 RAID 控制器以及冗餘做法時,反而會導致新的麻煩。硬體架構的 RAID 控制器製造商需要因應 NVMe 的出現並且提供解決方案以連接至現有的 U.2 伺服器背板,藉此支援硬體架構的 NVMe RAID 解決方案。市面上已經有一些 RAID 控制器卡可支援 NVMe,但是目前仍然屬於新興市場。在硬體架構 RAID 尚在發展初期階段,企業轉換至 NVMe 時,必須考慮架構設計決策,因為他們需要探索如何繼續符合高可用性做法、是否透過軟體架構的 HCI (超融合基礎架構)解決方案 (例如: vSAN、Ceph、Linux SW 架構 RAID 或 LVM 鏡像),以及基於應用程式的高可用性複寫 (例如: SQL Always On 或 Oracle ASM 鏡像)。有人可能會認為這些軟體架構的設計決策仍存在硬體架構的 RAID 控制器,因為後者僅能防衛單點故障。

4. NVMe 對於 Fabrics 的影響將會非常巨大

建築物以抽象形象呈現,道路上的光亮途徑代表資料路徑

NVMe-oF 可提供在專屬網路 (FC/RDMA/TCP) 以集中、共用形式存取 NVMe 裝置,啟用存取網路連結磁碟機,就像它位於客戶端伺服器的本機一樣。NVMe 集中儲存管理的優點包括簡化管理、提高產能利用率,以及能更輕易排除單點故障。NVMe-oF 規格需要光纖通道、RDMA 或是 TCP 光纖網路。光纖通道協定 (Fiber channel protocol,FCP) 自 1990 年中期以來一直是領先的企業儲存運輸技術,用於在光纖通道網路傳輸 SCSI 數據包,因此它對 NVM Express 定義新的「FC-NVMe」協定、在光纖通道上傳輸 SCSI 和 NVMe 流量,亦或使現有 FCP 使用者升級至 FC-NVMe 方面均極為重要。RDMA (Remote Direct Memory Access,遠端直接記憶體存取) 也是另一個主流協定,有三種運行數年的技術,分別為無限頻寬 (Infiniband)、RoCE (RDMA over converged ethernet,基於融合乙太網的 RDMA) 以及 iWARP 。因此,在 RDMA 建立此協定是 NVM Express 利用這些現有運輸技術的一種方式。自 1970 年代末期,TCP/IP 憑藉其可靠的設計原則,已經成為最主流的網路運輸協定。NVM Express 自然而然發展出一種能在現有 TCP 網路傳輸 NVMe 指令的方法,藉此降低部署成本以及減少設定時間。

NVMe-oF 的出現也為 IT 基礎設施帶來更多挑戰,因為 SCSI 裝置的瓶頸將上移到網路控制器和介面。但是許多公司已經有所創新,推出的轉換器和 NIC 可支援更高的網路速度以及可調適的 QoS來因應。全快閃儲存陣列製造商提供端對端 NVMe-OF 實作,利用一系列工具調整以獲得更好的 QoS 並消除嘈雜的相鄰裝置,實為創新之舉。

5. 軟體定義的客戶是背後推手

越來越多雲端客戶不單重視讀/寫功能。他們目前致力於如何提供最好的電腦密集型服務給終端使用者。從雲端型轉碼到密集遊戲應用程式,NVMe 可提供另一個效能級別。NVMe也能透過提供基於效能利益的定價模式,讓供應商證明基礎設施投資前期成本的合理性。現有軟體定義的解決方案 (例如: VMware vSAN 和 Ceph) 見證 NVMe 裝置巨大發展,而叢集節點之間的 NVMe 流量運輸能夠讓使用者藉由高度可擴展、低成本儲存裝置的實施,將計算基礎設施擴展至最大。

Kingston DC1000M 和 DC1000B 伺服器 SSD 固態硬碟

6. 尺寸規格也是考慮因素

NVMe 需要注意的一點是熱交換的能力。儘管某些製造商正在推出新的尺寸規格 (包括 U.2、M.2、EDSFF 和 E1.S),他們會要求資料中心進行更大規模的硬體全面檢查。一般而言,如果沒有現有連接埠,需要新的背板以及主機板支援。即使 Gen4 已經推出,PCIe Gen3 仍然是屬意的連接方式,因為只有一個 CPU 架構支援 Gen4。U.2 尺寸規格是最知名的規格,因為它提供眾所熟悉的 2.5 吋尺寸規格,而伺服器製造商推出前端載入的 U.2 機殼已經有一段期間。除了尺寸規格外,U.2 也可以進行熱交換,使得它成為資料中心普遍採用的規格。

7. 耐用性與可預測效能勝過速度與饋送

雖然現今絕大多數的製造商在資料表強調峰值 IOPS 以及最低的延遲數字,但是更多的資料中心管理員寧可依賴一致性而不是峰值效能。整體而言,峰值數字提供了假定的效能值。但在充分的利用率和負載下,它們很少能始終如一地符合這些數字。因此,有越來越多的資料中心管理員希望擁有可靠而且始終如一的高效能,以提高投資的可預測性和可靠性。

今年對於 NVMe 產品而言將會是蓬勃發展的一年 — 特別是對客戶端而言。NVMe 將會成為儲存裝置的未來,但是仍然需要等待一段時間,讓資料中心管理員將所有工作準備到位,才能完全從 SATA 和 SAS 解決方案移轉到NVMe。

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