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當(dāng)前數(shù)字時(shí)代，我國(guó)各行業(yè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求日益增長(zhǎng)，國(guó)家政策要求構(gòu)建以數(shù)據(jù)為關(guān)鍵要素的數(shù)字經(jīng)濟(jì)。這些都對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的介質(zhì)、架構(gòu)、協(xié)議、應(yīng)用等方面提出更高要求。
而在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)領(lǐng)域，我們發(fā)現(xiàn)目前業(yè)界熱議明星是NVMe全閃存技術(shù)的應(yīng)用與普及。NVMe是計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)設(shè)備連接的接口和協(xié)議，可以釋放SSD（Solid State Disk）閃存強(qiáng)大的性能。相比傳統(tǒng)SAS這個(gè)類似“翻越崇山峻嶺緩慢前行的單輛貨車”協(xié)議，NVMe是行駛在康莊大道一騎絕塵的“超跑”車隊(duì)。
如今，業(yè)界更是發(fā)展了NVMe over Fabric，進(jìn)一步解決存儲(chǔ)系統(tǒng)協(xié)議瓶頸，實(shí)現(xiàn)高性能、低延遲的遠(yuǎn)程存儲(chǔ)數(shù)據(jù)訪問(wèn)。
而華為這家深耕存儲(chǔ)17年的資深玩家，成為NVMe全閃存技術(shù)引領(lǐng)者和普及者：在業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)唯一端到端開(kāi)發(fā)了NVMe SSD盤(pán)、NVMe閃存控制器和NVMe全閃存操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高中低端產(chǎn)品都支持NVMe全閃存。
看到這，你一定疑惑，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)發(fā)展日新月異，為何NVMe全閃存成明星？華為NVMe全閃存有何厲害之處？有哪些應(yīng)用案例實(shí)踐？
01、我國(guó)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)潛力巨大，呈現(xiàn)四大主要特征
隨著千行百業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)程不斷加速，數(shù)據(jù)作為一種新的生產(chǎn)要素，已經(jīng)成為與土地、人口、能源并列的重要戰(zhàn)略資源，并與數(shù)字經(jīng)濟(jì)緊密連接。
人們對(duì)企業(yè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，知之甚少。其實(shí)，除了大家接觸的電腦、手機(jī)等需要更高、更可靠的存儲(chǔ)，金融、教育、科研、電信等領(lǐng)域應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提出的要求更高。
根據(jù)IDC報(bào)告顯示，我國(guó)整體數(shù)據(jù)量到2025年將達(dá)到48.6ZB，占全球數(shù)據(jù)圈規(guī)模的27.8％。我國(guó)十分重視數(shù)據(jù)存儲(chǔ)發(fā)展，提出要“構(gòu)建以數(shù)據(jù)為關(guān)鍵要素的數(shù)字經(jīng)濟(jì)”。在我國(guó)“十四五”規(guī)劃中，“數(shù)據(jù)要素”一詞出現(xiàn)4次。
目前，我國(guó)存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)規(guī)模日漸龐大。根據(jù)Gartner發(fā)布數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)規(guī)模在2020年上游芯片與介質(zhì)超過(guò)1400億元，中游存儲(chǔ)整機(jī)和下游服務(wù)超過(guò)3400億元。到2025年，我國(guó)存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)直接投資總額將超過(guò)萬(wàn)億級(jí)規(guī)模。
可見(jiàn)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)作為數(shù)據(jù)的可靠底座，其重要性不容忽視，并隨著新時(shí)代到來(lái)呈現(xiàn)出四大特征。
第一，從市場(chǎng)空間看，相比發(fā)達(dá)國(guó)家而言，我國(guó)當(dāng)前數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算方面的投資比例相差較大，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在我國(guó)具有巨大的商業(yè)空間。
羅蘭貝格合伙人、信息技術(shù)與高科技行業(yè)負(fù)責(zé)人李冰近日表示，根據(jù)其對(duì)多國(guó)存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)大量調(diào)研表明：我國(guó)起步晚，存力充足性和綠色性存在不足，但態(tài)度更加積極，通過(guò)高增長(zhǎng)、領(lǐng)先技術(shù)投入等，在效率等某一具體指標(biāo)上擁有優(yōu)勢(shì)，有望實(shí)現(xiàn)彎道超車。
第二，從業(yè)務(wù)需求看，多元的數(shù)據(jù)形態(tài)、龐大的數(shù)據(jù)量、復(fù)雜的業(yè)務(wù)模型，對(duì)計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提出了更高的要求。據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，圖像、視頻等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)大量產(chǎn)生，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性占比預(yù)計(jì)2024年將達(dá)到整體數(shù)據(jù)量的1/4，2025年全球產(chǎn)生數(shù)據(jù)將超過(guò)160個(gè)ZB。
第三，從技術(shù)需求看，新型存儲(chǔ)介質(zhì)、存儲(chǔ)引擎、存儲(chǔ)協(xié)議等技術(shù)快速發(fā)展，但目前產(chǎn)品化速度仍然落后于技術(shù)迭代速度。因此，提升數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的“最后一公里”，即實(shí)際應(yīng)用部署規(guī)模，變得迫在眉睫。
第四，隨著數(shù)據(jù)產(chǎn)量飛速增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)安全問(wèn)題隨之激增，成為轉(zhuǎn)型過(guò)程中影響國(guó)家安全的關(guān)鍵因素。數(shù)據(jù)不僅要“存得好”，更要“存得安全”。業(yè)界要將存儲(chǔ)要作為數(shù)據(jù)安全的重要防線來(lái)建設(shè)，警惕出現(xiàn)“卡脖子”。
02、從SAS升級(jí)到NVMe協(xié)議：充分釋放閃存力量
談及數(shù)據(jù)中心，我們?cè)谶^(guò)去十年經(jīng)歷了服務(wù)器處理器從單核到多核，從x86到GPU異構(gòu)計(jì)算，處理能力提升百倍以上。存儲(chǔ)介質(zhì)從HDD（機(jī)械盤(pán)）全面轉(zhuǎn)向SSD閃存盤(pán)，性能也有百倍提升。
世間萬(wàn)物的快速發(fā)展，總伴隨著局部瓶頸的到來(lái)，比如在服務(wù)器到交換機(jī)、存儲(chǔ)之間的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，就成為數(shù)據(jù)中心的性能瓶頸。
閃存SSD最初為了快速融入數(shù)據(jù)中心的生態(tài)系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的SAS（Serial Attached SCSI，串行連接SCSI接口）協(xié)議繼承下來(lái)。SAS協(xié)議作為機(jī)械硬盤(pán)時(shí)代的產(chǎn)物，其系統(tǒng)架構(gòu)之復(fù)雜、協(xié)議解析之多、隊(duì)列并發(fā)能力之有限，大大阻礙了SSD性能發(fā)揮。
為了讓SSD性能得到充分釋放，NVMe協(xié)議應(yīng)運(yùn)而生。NVMe英文全稱是Non-Volatile Memory express，中文全稱是非易失性內(nèi)存主機(jī)控制器接口規(guī)范，看著是不是有點(diǎn)太專業(yè)？其實(shí)它是一種高性能、NUMA（非統(tǒng)一內(nèi)存訪問(wèn)）優(yōu)化的、高度可擴(kuò)展的存儲(chǔ)協(xié)議，用于連接主機(jī)和內(nèi)存子系統(tǒng)。
NVMe非常了不起，具備四大絕招：
其一，低延時(shí)，NVMe協(xié)議通過(guò)PCIe（Peripheral Component Lnterconnect express，高速串行計(jì)算機(jī)擴(kuò)展總線標(biāo)準(zhǔn)）通道跟CPU直連，數(shù)據(jù)不需要像SAS通過(guò)控制器中轉(zhuǎn)到CPU；
其二，IOPS大增，NVMe可以把最大隊(duì)列深度從32提升到64000，SSD的IOPS能力也得到提升；
其三，功耗更低，NVMe加入自動(dòng)功耗狀態(tài)切換和動(dòng)態(tài)能耗管理功能；
其四，兼容性高，NVMe的SSD可以匹配不同平臺(tái)、系統(tǒng)，無(wú)需廠家提供相應(yīng)驅(qū)動(dòng)就能正常工作。
為了方便大家理解NVMe協(xié)議與SAS協(xié)議兩者之間的變化，筆者整理了如下表格。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，NVMe本質(zhì)是建立了多個(gè)計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)設(shè)備的通路。NVMe在單個(gè)消息隊(duì)列中支持64000個(gè)命令，最多支持65535個(gè)I/O（Input/Output，輸入/輸出）隊(duì)列。相比之下，SAS通常在單個(gè)隊(duì)列中最多支持256個(gè)命令，最多支持1個(gè)I/O隊(duì)列。
舉例來(lái)說(shuō)，如果你把SAS想象成一條羊腸小道，它最多可以通過(guò)256輛車。而NVMe則是一條擁有65535條車道的康莊大道，每條車道能通過(guò)64000輛車。
天下武功，唯快不破。不得不說(shuō)，在NVMe的加持下，SSD一秒走上了性能巔峰。
NVMe正成為越來(lái)越多企業(yè)的選擇。據(jù)IDC分析，服務(wù)于超大規(guī)模云客戶、OEM廠商和終端用戶的IT組織，將繼續(xù)遷出傳統(tǒng)SAS接口。2020年，NVMe占據(jù)企業(yè)級(jí)PCIe SSD總出貨量約一半，并在2018-2023年間以38%的復(fù)合年增長(zhǎng)率持續(xù)增長(zhǎng)。同時(shí)Gartner預(yù)測(cè)，2022年NVMe SSD在存儲(chǔ)中占比將達(dá)到52%。
記得2009年，NVMe工作組成立之后，經(jīng)過(guò)產(chǎn)業(yè)界共同努力，NVMe生態(tài)日趨成熟，覆蓋NVMe芯片組、NVMe SSD產(chǎn)品、NVMe協(xié)議等多方面，端到端的NVMe解決方案也逐漸成為數(shù)字化轉(zhuǎn)型應(yīng)用創(chuàng)新首選。
03、推動(dòng)創(chuàng)新與應(yīng)用：華為成NVMe發(fā)展功臣
筆者注意到，為了提升數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)性能，華為存儲(chǔ)近年來(lái)一直致力于NVMe全閃存方案創(chuàng)新和普及，不僅是業(yè)內(nèi)唯一端到端開(kāi)發(fā)了NVMe系列產(chǎn)品的廠家，更是高端、中低端產(chǎn)品都支持NVMe全閃存。
在技術(shù)創(chuàng)新方面，華為打造了NVMe over Fabric（NoF），可以實(shí)現(xiàn)NVMe標(biāo)準(zhǔn)在多種網(wǎng)絡(luò)上的擴(kuò)展，達(dá)到降低存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧處理開(kāi)銷并提供高并發(fā)低延時(shí)應(yīng)用，適應(yīng)SSD介質(zhì)驅(qū)動(dòng)的存儲(chǔ)架構(gòu)演進(jìn)。
在端到端NVMe產(chǎn)品方面，華為在端到端的NVMe高速通道上，采用自研ASIC接口模塊，自研ASIC SSD盤(pán)/框設(shè)計(jì)，從協(xié)議解析、IO轉(zhuǎn)發(fā)、業(yè)務(wù)優(yōu)先、硬件加速等方面對(duì)NVMe進(jìn)行全面支持，為數(shù)據(jù)傳輸提供高速通道。
通過(guò)優(yōu)化的NVMe設(shè)計(jì)，華為OceanStor Dorado全閃存解決方案帶來(lái)不少提升。一方面，NVMe協(xié)議相比SCSI協(xié)議可減少40%主機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧開(kāi)銷，節(jié)約主機(jī)CPU消耗，同等性能情況下支持更多主機(jī)應(yīng)用。
另一方面，通過(guò)NVMe協(xié)議，CPU和SSD盤(pán)可直接通信，縮短傳輸路徑，協(xié)議并發(fā)數(shù)提升到64K，協(xié)議交互次數(shù)從4次減少為2次，讀寫(xiě)請(qǐng)求處理效率提升1倍以上。我們?cè)賮?lái)看看華為實(shí)驗(yàn)室的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，在8KB IO和100%讀場(chǎng)景下，華為OceanStor Dorado的端到端時(shí)延從562us降低到50us，縮短10倍。
其實(shí)，華為不僅致力于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的技術(shù)創(chuàng)新，更在解決數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的“最后一公里”上，即將創(chuàng)新成果在市場(chǎng)上產(chǎn)生價(jià)值方面，也下了不少功夫。
據(jù)筆者了解，華為存儲(chǔ)目前已經(jīng)擁有金融、政府、制造、能源等行業(yè)在內(nèi)的上千個(gè)NVMe全閃存成功案例。
華夏銀行在推動(dòng)端到端NVMe方案測(cè)試實(shí)施過(guò)程中，選擇了華為NoF+（全無(wú)損以太存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)解決方案）增強(qiáng)方案。NoF+增強(qiáng)方案包含最新一代華為OceanStor Dorado全閃存存儲(chǔ)系統(tǒng)和Cloud Engine數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)兩大核心部件，可實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)場(chǎng)景端到端數(shù)據(jù)加速，也可攻克傳統(tǒng)以太網(wǎng)丟包等難題，為金融科技創(chuàng)新注入新動(dòng)能。
中國(guó)銀行完成了華為RoCE網(wǎng)絡(luò)方案的先行部署，并完成了華為OceanStor Dorado系列全閃存在NoF環(huán)境下的技術(shù)測(cè)試，并成功商用。
浙江移動(dòng)聯(lián)合華為，結(jié)合基于NVMe協(xié)議的高性能存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)方案與華為Ocean Stor全閃存存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了基于NVMe over RoCE和全閃存的全新數(shù)據(jù)存儲(chǔ)組網(wǎng)方式，釋放閃存澎湃動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)超高性能、超低時(shí)延、極簡(jiǎn)運(yùn)維，很好應(yīng)對(duì)新業(yè)務(wù)帶來(lái)的海量通話計(jì)費(fèi)需求和電子商城等移動(dòng)應(yīng)用業(yè)務(wù)暴增壓力。
這樣的案例還有很多。如今看，華為提出數(shù)據(jù)中心Flash Only Pro概念，成為全閃存從SAS向NVMe升級(jí)的中堅(jiān)力量。
而且，華為推出不少活動(dòng)加速NVMe全閃存部署，比如到2022年10月31日前，對(duì)新建SAS全閃存需求的客戶，提供免費(fèi)升級(jí)為NVMe全閃存的服務(wù)，讓客戶閃存投資不變，但速度翻倍。
04 厚積薄發(fā)：華為17年耕耘凸顯領(lǐng)先實(shí)力
你可能好奇，當(dāng)下存儲(chǔ)領(lǐng)域玩家眾多，尤其是國(guó)外存儲(chǔ)廠商起步早、實(shí)力強(qiáng)，華為如何能在NVMe等數(shù)據(jù)存儲(chǔ)領(lǐng)域，取得技術(shù)和市場(chǎng)領(lǐng)先？
回顧歷史可以發(fā)現(xiàn)，華為存儲(chǔ)所依靠的依然是華為的基因——圍繞客戶需求，持續(xù)投資創(chuàng)新，厚積薄發(fā)，實(shí)現(xiàn)廣泛認(rèn)可。
首先，在技術(shù)產(chǎn)品創(chuàng)新方面，早在2005年，華為就開(kāi)始研究閃存技術(shù)；2008年，首款SATA SSD盤(pán)發(fā)布；2011年，第一代全閃存存儲(chǔ)Dorado 2100、Dorado 5100面世，并搭載自主開(kāi)發(fā)6Gbit/s SAS SSD盤(pán)。
2014年，OceanStor V3系列混合閃存存儲(chǔ)正式發(fā)布；2015年，高端融合存儲(chǔ)OceanStor 18000 V3正式發(fā)布；2017年，支持NVMe技術(shù)的全閃存存儲(chǔ)OceanStor Dorado 5000 V3正式發(fā)布并榮獲東京Interop展金獎(jiǎng)；2018年，第三方權(quán)威咨詢報(bào)告顯示，華為全閃存存儲(chǔ)市場(chǎng)收入增速位列全球第一。
華為不僅擁有自研SSD、自研控制器芯片和自研閃存存儲(chǔ)操作系統(tǒng)技術(shù)，還是目前存儲(chǔ)行業(yè)內(nèi)擁有SSD盤(pán)片級(jí)專利最多的廠家之一。
通過(guò)10多年的持續(xù)投入，華為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)有強(qiáng)大的研發(fā)團(tuán)隊(duì)和專家資源。截至目前，華為存儲(chǔ)領(lǐng)域的研發(fā)工程師高達(dá)4000人，在全球有12個(gè)存儲(chǔ)研發(fā)中心，擁有超過(guò)3000項(xiàng)存儲(chǔ)專利，主導(dǎo)和參與30+國(guó)際產(chǎn)業(yè)組織，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)場(chǎng)景化解決方案團(tuán)隊(duì)有300多人支持聯(lián)合方案設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、調(diào)優(yōu)等工作。
其次，華為存儲(chǔ)贏得分析機(jī)構(gòu)和第三方媒體高度認(rèn)可。比如在Gartner發(fā)布的《2022年分布式文件與對(duì)象存儲(chǔ)Peer Insights客戶聲音》年度報(bào)告中，華為OceanStor分布式存儲(chǔ)獲得2022年分布式文件與對(duì)象存儲(chǔ)“客戶之選”榮譽(yù)稱號(hào)，并在本年度Peer Insights平臺(tái)獲得4.9分綜合評(píng)分（滿分5分），在全球所有廠商中排名第一，且是唯一入選的中國(guó)廠商。
再比如在DCIG發(fā)布的《DCIG 2020年-2021年全閃存陣列購(gòu)買指南》中，華為OceanStor全閃存位列最佳推薦榜首。而在《人民郵電報(bào)》公布2020年度“ICT創(chuàng)新獎(jiǎng)”獲獎(jiǎng)評(píng)選中，華為基于端到端NVMe over RoCE創(chuàng)新解決方案榮獲“數(shù)據(jù)中心領(lǐng)先獎(jiǎng)”。
再次，眾多客戶的選擇也是對(duì)華為存儲(chǔ)實(shí)力的印證。截至目前，華為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)已經(jīng)服務(wù)全球超過(guò)18000家客戶，為金融數(shù)據(jù)交換平臺(tái)、運(yùn)營(yíng)商話單等場(chǎng)景提供高性能、高可靠的全閃存數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，為基因測(cè)序、能源勘探、自動(dòng)駕駛等行業(yè)提供混合負(fù)載一站式處理能力，提升海量大數(shù)據(jù)的分析效率，幫助客戶打造面向多樣化應(yīng)用的可靠數(shù)據(jù)底座。
最后，華為十分重視中國(guó)等合作伙伴，堅(jiān)持共創(chuàng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)未來(lái)。比如為了讓華為存儲(chǔ)的合作伙伴更容易獲取拓展存儲(chǔ)市場(chǎng)所需的各種資料裝備，更高效交付與維護(hù)華為存儲(chǔ)產(chǎn)品，華為近日推出了“華為存儲(chǔ)在線”。據(jù)悉，“華為存儲(chǔ)在線”集成產(chǎn)品方案、售前設(shè)計(jì)、交付維護(hù)、培訓(xùn)賦能四大能力，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)營(yíng)、銷、服資源一站式整合，使得拓展及交付維護(hù)相關(guān)資源更容易獲取。
筆者觀察：
數(shù)智時(shí)代，唯快智勝
“數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施是數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代的高速公路，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵一環(huán)。”華為公司副總裁、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品線總裁周躍峰此前說(shuō)的這句話，給筆者留下深刻印象。
他還表示，以數(shù)據(jù)存力為支撐，只有數(shù)據(jù)“存得好”、算力“算得快”、網(wǎng)絡(luò)“傳得穩(wěn)”，數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的質(zhì)量才能不斷夯實(shí)，才能更好地促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展。
NVMe SSD盤(pán)作為數(shù)據(jù)時(shí)代的新產(chǎn)物，具備低延時(shí)、高性能等多方面獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)性能瓶頸突破上，給業(yè)界帶來(lái)希望的曙光。
華為作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)領(lǐng)域的中堅(jiān)力量，結(jié)合NVMe SSD特點(diǎn)，在自身產(chǎn)品上不斷優(yōu)化，不僅有助于驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)革命的不斷深化，也將在未來(lái)企業(yè)升級(jí)與科技發(fā)展中扮演更重要的角色。
在產(chǎn)業(yè)鏈上下游的通力合作之下，我們有理由相信，中國(guó)式的數(shù)據(jù)價(jià)值時(shí)代，將更快速向我們走來(lái)。
