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未来数据中心的固态硬盘应该是什么样的?

TechWeb 文 / 新喀鸦

近些年随着技术的迭代,固态硬盘开始逐渐朝着大容量和低成本的方向发展。在家庭用户的台式电脑和笔记本中,固态硬盘已经逐渐取代了机械硬盘成为了主要存储介质。而对于数据中心也出现了相似的趋势,数据中心也越来越多的开始使用固态硬盘作为存储介质。

对于市面上的固态硬盘来说,分类方式主要有两种。一种是根据固态硬盘的运行模式(或协议)进行分类,例如NVMe、SATA。另外一种是根据固态硬盘的物理形态或接口类型进行分类,例如:M.2固态硬盘、SATA固态硬盘(此处指带有SATA接口的固态硬盘)、U.2固态硬盘、AIC固态硬盘。我们不妨从这两种分类方式出发,探究数据中心的固态硬盘应该是什么样的?

固态硬盘的分水岭:NVMe

NVMe 是一项协议,而非物理接口,所有 NVMe 硬盘都要通过 PCIe 连接到服务器。上一代 PCIe 硬盘通常使用名为高级主机控制器接口 (AHCI) 的协议。AHCI 是专为 SATA 磁盘控制器而设计的,这意味着它有两次跳跃:命令先从主机(对客户经理而言就是“计算机”)发送到控制器,然后控制器再将命令发送到硬盘。数据流的方向则与之相反。这两次跳跃会导致长时间延迟,即使发生在同一 PCIe 硬盘上也不例外。NVMe 消除了这两次跳跃,使存储设备本身可直接从主机接收命令,从而更快地进行操作。硬盘直接基于 PCIe 还可以消除控制器和硬盘之间的慢速 SATA(或 SAS)连接,从而消除更多延迟,并显著增加主机和硬盘之间的带宽量。

简而言之,NVMe因为无需“二次跳跃”,所以它可以提供更好的性能与传输速度。因此NVMe固态硬盘无论是对于数据中心还是普通消费者来说都是一个很好的选择。

百花齐放的固态硬盘外形

对于很多普通消费者来说,M.2(Socket 3)硬盘=NVMe硬盘。这样的看法其实并没有错,但严格来说M.2只是NVMe硬盘众多外形中的其中一种。固态硬盘厂商对于同一型号的固态硬盘往往在会推出不同外形规格的产品以满足不同领域的需要。

例如美光在推出采用NVMe的7400 SSD时提供了7 种不同的外形规格。其中包括两种尺寸M.2 规格的固态硬盘(22 x 80mm ,22 x 110mm)、两种厚度U.3规格的数据中心固态硬盘(7mm,15mm)以及三种不同尺寸的新型 EDSFF (企业与数据中心存储形态) E1.S 规格的固态硬盘。

关于U.3规格的固态硬盘,美光科技存储生态系统和产品营销高级总监Larry Hart在接受TechWeb采访时表示:

市面上适用于 U.2 和 U.3 的标准服务器有很多,因此美光提供了 7mm 厚度的7400 SSD,最大限度地增加了服务器平台的密度(可在标准机箱中容纳更多 U.3 SSD)。美光还提供了15mm 厚度的 7400 SSD,可以实现最佳散热效果。U.3的基本用途是存储主要数据。

与我们上一代的产品相比,美光 7400 U.3 PCIe 4.0 SSD 的吞吐量提升了 2 倍不止,可以满足数据中心工作负载的需求。它还支持 128 个命名空间,最大限度地提升了在虚拟环境中的可扩展性,并且还与 PCIe 3.0 系统向后兼容,大幅度地提高了带宽。此外,它是唯一一款为标准服务器提供 7mm 和 15mm 外形规格的 PCIe 4.0 SSD。我们的 U.3 SSD 支持三模式(NVMe、SAS、SATA)的主机检测,以适用于广泛的平台设计。它还添加了简单的热插拔/热添加功能,非常适合客户已有的平台。同样,U.3 SSD 与 U.2 主机也完全向后兼容。

关于E1.S 规格的固态硬盘美光的Larry Hart表示:

E1.S 将是第一个被广泛采用的 EDSFF 外形规格。它针对 1U 服务器进行了优化,在兼具优秀的性能、容量、规模和功耗的同时,支持主流数据的存储和用例的启动。E1.S 为云服务供应商提供了除 M.2 和 U.2/U.3 外形规格以外的更多选择,但这并不意味着市场对M.2 和 U.3 的需求会减少。我们预计数据中心将被逐步迁移到 E1.S,但客户端和消费类产品仍然需要 M.2。

为了应对数据飞速增长和不断增加的工作负载,满足可扩展数据中心基础设施的需求,客户不仅需要能满足当今需求的存储解决方案,也需要能符合未来标准的解决方案。因此我们开发了七种不同外形规格的 7400 SSD,以应对数据中心领域的多种用例。客户只需验证一款 SSD,便可将其应用在众多场景中。

云客户既对性能有要求,也对密度和物理尺寸之间的平衡有要求,而 E1.S 正是为这些客户,以及需要为 1U 服务器优化存储性能的客户所设计的。

美光还提供三种不同规格的 E1.S:第一种是 5.9mm 厚度裸板,用于设备的启动;第二种是 15mm 厚度版本,用于平衡主存储器性能和功耗;第三种是 25mm 厚度版本,主要解决主存储器的性能和散热效率问题。

我们提供丰富的 E1.S 规格,让客户能够根据他们使用平台的种类和环境需求,定制不同的存储设计。

关于未来对其它规格固态硬盘的规划,美光的Larry Hart表示:

使用 SSD 的数据中心基础设施是未来的发展方向,因为它能提供极高的能效(每瓦功耗的应用效果)。此外,EDSFF SSD是专门为提高标准服务器的存储密度而设计的。并且,SSD在随机数据访问速度的驱动下,能够轻松地支持多用户架构。SSD 目前是部署以性能为中心的存储的主要途径,尽管SSD也有着许多其他不同的要求。

在我们的蓝图中,美光始终着眼于创新未来。在与客户讨论后,我们认为 E1.L 外形规格的时代即将到来。E1.L 通过在单个 1U 服务器中,部署近 1PB的 SSD 存储量,最大限度地提高 1U 平台的存储密度。E1.L 的长度不仅是 E1.S 的三倍,它还有两种厚度的选项,以适用于功耗更高的外壳。E1.L 在深度存储和专用阵列应用方面有很大的潜力——E1.L 与 QLC(四层单元)NAND 的结合使用,能够以更低成本获得更高的密度,从而加速数据中心从机械硬盘向 SSD 的过渡。

E3.S 和 E3.L 旨在取代 U.2 和 U.3,并会在存储系统和服务器中被大量使用。E3 适用于多种电源配置和主机链路宽度,它的应用涉及多种高性能场景,包括速度最快的 NAND SSD 和计算存储。虽然E3开辟了在性能密集型和带宽密集型工作负载中的应用新领域,但颇受欢迎的U.2和U.3外形规格不会在一夜之间消失。

美光与标准设定机构、客户和供应商密切合作,从而能更全面地了解市场不断变化的需求,并且尽最大努力发挥我们 SSD 的优势。

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