儲存月報第24期：新世代I/O介面全面滲透主流儲存設備

繼3、4年前的儲存I/O規格更新潮之後，新一波更新潮正式在今年登上檯面。

2014至2015年間的上一波更新潮，重點是16Gb FC與12Gb SAS等2種規格，分別升級了資料中心儲存架構的前端與後端I/O介面。而從2017年開始的這一波儲存I/O介面更新潮，重點則是32Gb FC、25Gb乙太網路，以及NVMe等3種新規格。

I/O介面規格的發展與普及，通常可分為「完成新I/O規格制定」、「新I/O規格網路產品問世」、「新I/O規格儲存設備問世」等三個階段：

首先，是由SNIA、FCIA等工業協會，與ANSI、IEEE等標準組織的委員會完成新規格的制定。

其次，新規格發表過後12到18個月，網路設備廠商發表第1波支援新規格的交換器、HBA板卡等FC網路設備產品。

最後，待新規格網路設備產品問世過後大約12到18個月，儲存設備廠商開始推出支援新規格的磁碟陣列產品。

也就是從新規格制定開始，先從網路產品開始新規格的應用，然後再擴展應用到儲存設備，所以當儲存設備開始普遍應用新I/O規格的時候，也代表這項新規格的成熟。

一般來說，一項新I/O規格問世後，大約需經過3～4年時間，才能進入普遍應用的成熟階段。

32Gb FC與25GbE的規格分別問世於2014年初與2014年底，目前都已推進到應用於儲存設備端的階段。NVMe最早的1.0版規格雖然早在2011年便已發表，不過，功能比較完整的1.1版規格是在2012年底提出，然後於2016年，衍生出針對外接應用的NVMe over Fabrics（NVMe-oF），目前也都已推進到儲存端應用階段。

光纖通道新世代32Gb FC

32Gb FC是FC協定的第6世代規格，FCIA在2014年初完成32Gb FC規格制定，QLogic、Brocade等廠商則從2016年起，推出支援32Gb FC規格的HBA卡與SAN交換器，接下來，NetApp成為一線儲存廠商中，首家支援32Gb FC的廠商，於2017年下半年推出的全快閃儲存陣列新機型AFF A300與EF 570上，提供了32Gb FC介面。

當時間進入2018年以後，Hitachi Vantera與Pure Storage也在產品更新中，跟進支援32Gb FC，包括前者旗下的VSP系列全快閃機型F350與F370，以及後者的FlashArray//X全快閃儲存陣列，讓32Gb FC開始成為企業儲存設備的主流標準之一。

就目前來看，目前支援32Gb FC的儲存設備還不多，並且集中在全快閃儲存陣列產品上。

25GbE高速乙太網路

25GbE是繼10GbE之後的新一代乙太網路規格，在此之前，2010年定案的40GbE，曾被視為10GbE的可能接班人，但由於40GbE成本高昂與普及緩慢，以Google與微軟為首，加上Arista Networks、Broadcom與Mellanox等網通廠商，在2014年7月初組成25Gb乙太網路聯盟（25 Gigabit Ethernet Consortium），開始推廣新的25GbE與50GbE規格，後續又有Dell、Brocade、Cavium Networks與QLogic、Emulex等廠商先後加這個聯盟。

雖然25GbE起步較40GbE晚，但由於支援廠商眾多，加上提供了更容易升級到50GbE與100GbE的規畫，隱隱然有取代40GbE的形勢。目前已有Intel、Mellanox、Netronome等廠商，推出25GbE規格的網路卡，Cisco的交換器也已能支援25GbE。

在儲存設備端方面，也是NetApp的腳步較快，在2017年下半年發表的EF 570全快閃儲存陣列上率先提供25GbE，作為主機端介面的選項。在NetApp之外，Pure Storage在今年改款的FlashArray //X全快閃儲存陣列上，也提供了25GbE的支援，比較特別的是，FlashArray //X還同時提供了40GbE與50GbE的選項，應該是目前支援新世代乙太網路規格最廣泛的產品。

SSD介面新標準NVMe

至於NVMe這項新一代快閃儲存介面標準，在儲存設備上的應用可分為後端與前端。後端的NVMe應用是取代SAS介面，作為SSD或Flash儲存模組連接控制器的介面；前端的NVMe應用則是將NVMe嫁接在FC或RDMA乙太網路上，構成外接的NVMe-oF傳輸架構。

目前已有不少儲存設備支援後端NVMe介面，第一波產品是以新創廠商為主，包括Pure Storage的FlashArray //X，華為的Dorado 5000 v3，Tegile的N5200與N5800、Kaminario的k2.N，E8 Storage的E8-S24與E8-D24，以及國產全快閃儲存陣列廠商捷鼎的NeoSapphire P310。接下來，一線儲存大廠也在2017年底以後陸續提供這類產品，目前已有的產品包括：NetApp的EF 570與AFF A800、Dell EMC的PowerMax，IBM的FlashSystem 9100等。

在外接的NVMe-oF應用方面，最早支援的業者同樣是新創廠商，如前面提過的Kaminario的k2.N，E8 Storage的E8-S24與E8-D24等，採取的是基於RoCE乙太網路的NVMe-oF架構。一線大廠中，IBM應該是最早支援的廠商，目前IBM旗下的FlashSystem全快閃儲存家族中，幾乎都提供了支援NVMe-oF的選項，並涵蓋了包括基於FC、RoCE或iWARP乙太網路的NVMe-oF選項，接著NetApp在近期發表的AFF A800上，提供基於FC的NVMe-oF選項。

其他大廠中，Dell EMC、NetApp與Pure Storage都已預告近期將會支援NVMe-oF，應該也都是從基於FC的NVMe-oF架構起步。

值得注目的下一波新I/O規格更新

在32Gb FC、25GbE與NVMe、NVMe-oF這幾種新式I/O規格中，目前應用最廣的是後端型式的NVMe，這也是相對最容易導入的ㄧ種型式，只涉及儲存控制器、背板與SSD模組，至於32Gb FC、25GbE與NVMe-oF的導入，都會牽涉到整個儲存網路架構的升級，相形之下，難度高了許多。

無論32Gb FC、25GbE還是NVMe，目前在儲存設備的應用都還在初步階段，距離普及還有一段距離，支援的產品幾乎都是較高檔的全快閃儲存設備。從另一方面來看，也只有追求極致效能的全快閃儲存陣列，才急迫最需要引進這些高速I/O介面，來打通既有I/O介面造成的儲存瓶頸。

可以預期，支援這幾種新式I/O規格的產品，從明年（2019年）起將會進一步增加，不過，屆時預期SAS 4.0介面也會問世。

SAS 3.0是當前最重要的企業級儲存I/O介面規格之一，作為SSD與外接擴充櫃的標準介面，幾乎一統了所有儲存設備的後端儲存I/O規格，另外也能做為直連前端主機的前端介面使用。不過如前所述，在一些全快閃儲存設備上，SAS的地位已開始為NVMe所取代，受限於先天架構，SAS的低延遲性能無法與NVMe相比，因此，SAS 4.0推出後，恐怕不再能像SAS 3.0般全面應用到儲存設備後端介面上。不過考慮到NVMe相對較高的成本，SAS 4.0在中低階與混合式儲存陣列上仍有需求，最終可能會形成NVMe與SAS 4.0並存的情況。