存储和 PCI Express——自然的结合

PCI 曾经是存储生态系统的重要组成部分,始于当前序列 PCI Express (PCIe) 标准的部署之前。总线及其之后的标准在计算机行业尤其是存储系统方面均作为骨干普遍使用,因此 PCIe 快速获得了市场的认可不足为奇。软件模式让现有应用能够更加无缝使用,同时使用尺寸更小的基板提供可扩展性并且显著改善性能。

 

如今,PCIe 被广泛用于主流存储产品中,以:

  • 集合存储设备
  • 将通信子系统连接至存储子系统
  • 为存储装置和存储服务器提供中间板或底板路径
  • 实现存储系统的故障转移、冗余和镜像
Storage_page_-_Current

今天存储市场正经历着一场革命,鉴于其对当前存储平台强大的渗透能力,PCIe 正严正以待准备大展其作用。随着处理器性能和能力的不断提升,存储子系统因为与旋转磁盘 (HDD) 存储媒介相关的延迟成为瓶颈。当非挥发性记忆体(闪存)承诺打造性能更高、延迟更低的持久记忆能力时,固态驱动存储类型应运而生。尽管快速增长的基于 PCIe 的闪存设计成为行业新宠,在成本占主导地位的 HDD 设计领域,固态驱动存储类型在当今的数据中心存储中仍占据大部分份额。SSD 的成本快速下降且 SSD 和 HDD 之间的成本/GB 差距逐步缩小,但是大多数观察员认为这两种技术将持续共存一段时间。

初始的 SSD 旨在与现有的生态系统整合,因此推出了带有标准存储接口的控制器,例如光纤通道、SATA 和 SAS。设计用于 HDD 参数的接口——带有更低带宽和更高延迟——不太适合 SSD。这在企业市场更为适用,因为在企业市场,终端用户愿意为更好的性能支付更高的价格。

由于 PCIe 是企业处理器和存储子系统中最常用的接口,SSD 控制器开始向 SSD 装置提供 PCIe 作为接口。这降低了延迟并且提高了系统性能,因为无需在中间技术间前后桥接,并且基于 PCIe 信号率提供更高带宽。

由于单个控制器无法提供实际高性能系统必需的闪存记忆能力,PCIe 交换机被用来集合多个闪存记忆子系统。现在,这已经在企业级 SSD 部署中普遍采用,并且随着 SSD 对市场的进一步渗透,在未来几年内,这将不断增长。虽然闪存装置和控制器的能力会不断进步,但是对存储的需求也日益增长,因此继续需要集合而且最终会有所增长。

Storage_page_-_Aggregation

适用于 PCIe 的存储标准

标准化部门组织为实现使用 PCIe 替代现有存储管道所作出的努力明确显示出快速增长的基于 PCIe 的 SSD 市场所承载的众望。这包括作为协议的 NVM Express (NVMe)、通过 PCIe 的 SCSI (SOP)SATA Express,以及基于 SSD 的形式因素,例如 SFF-8639。它们主要来自于存储社区自身,显示出希望为固态变革做好准备。

此外,负责 PCIe标准的集团——PCI-SIG也在拓展其规格,以实现带有新功能且更加稳健的存储系统,例如下游端口密封 (DPC) 和增强型 DPC (eDPC),使得处理系统能够更加轻松地处理连接至 PCIe 交换机或者网桥的存储设备上的“突然停机”或者严重错误情况。

混合存储系统

虽然 SSD 提供的性能高于旋转媒体,但是它们价格更高,并且预计在可预见的未来内保持如此。但是经证明这些系统可在大量 HDD 存储以及相对少量的 SSD 记忆之外创建,以更低的成本实现与全部采用 SSD 系统一样的性能。现在,这些混合系统由许多存储系统供应商提供,那些系统也一样将大幅增长。PCIe 交换机在这些设计中起到关键作用。

Storage_page_-_Hybrid

首先,存储装置或服务器很可能使用基于 PCIe 的交换机网络连接,尤其是在企业环境中。因此只需在现有基板上添加更多的端口就能提高效率,而且使用增量法即可使得 HDD 和 SSD 子系统能够与处理器通信并且互相通信。

另一个机会出现了,因为 SSD 已经快速移动至基于 PCIe 的接口,并且已经开始调查向 HDD 提供相似接口的举措。虽然 HDD 设备无法通过直接连接至 PCIe 获得与 SSD 一样的益处,此方法向存储系统提供便捷、统一的接口。而且,尽管基于 HDD 的存储能够从更低的延迟和更高的带宽中获益,尤其是当其提升性能以保持 SSD 竞争性时。中间接口——例如 SAS 和 SATA——已经升级至 PCI Express 之后,即可更加轻松地创建混合 HDD/SSD 系统,PCIe 交换机可在整个网络内分布,无论基本技术如何,能够对存储数据进行集合、统一和路径选择。

对于行业来说,这是一个独特的机遇。

将 PCIe 拿出盒外

到目前为止,我们一直在讨论封闭系统中的情况,因为大多数互动发生在盒子内部。采用 PCIe 部署了基本数据路径而且已经迅速实现,即可非常简单地从盒子中取出数据,与此同时数据会仍然保留在 PCIe 协议内。将连接拓展至盒子外的巨大价值(无中间协议桥接)在于该软件模型比当前的软件模型更加容易,您可以省去因传输至以太网之类的网络带来的延迟、成本和复杂性,只需要发送至另一个盒子。

PLX 已经展示了通过诸如 QSFP+ & mini-SAS HD 之类的低成本行业标准方法使用 PCIe(采用铜线和光纤连接两种方式)连接盒子的能力。

Storage_page_-_Fabric

创建基于光纤的存储系统

将 PCIe 运用与存储中,无论在哪个级别,均能够获得足够的优势且增长势头强劲,而且大多数行业观察员都预计其使用量会迅速增加。但是对于基于 PCIe 的存储来说也是一大良机,因为数据中心将目光转向了创新建筑。

PLX 已经说明了使用 PCIe 的优势和可能性,因为融合光纤处于机架级别 ([Asset Included(Id:1211127151865;Type:AVG_Application_C)])。而且当 PCIe 普及之后,存储机率会更加引人注目。如果您的光纤是基于 PCIe 的光纤,那么添加基于 PCIe 的 SSD(或者 HDD)存储会变得像插入带有数组存储的刀片一样轻而易举。所有存储均可直接连接至基本记忆技术,并且延迟的可能性以及复杂性最低。

总结

PCIe 最初被设想为一种高速机制,使得组件能够相互连接,同时确保保性能、低延迟。自那时起,PCIe 向各个市场类型提供价值,经过不断的提升、扩展和加速,存储成为主要的受益者之一。这将随着新的优秀设计的出现在企业存储系统内不断扩展。

相关文章:

更多信息: