【主流企業級儲存產品今年開始全面支援NVMe】NVMe儲存應用大爆發

今年可說是NVMe這項新I/O介面規格的應用，進入爆發式發展的起點。

NVMe的基本概念，是PCIe匯流排與全新軟體堆疊的組合，硬體方面透過PCIe來提供直連處理器的傳輸路徑，搭配更有效率的全新軟體堆疊，共同提供超低延遲與高頻寬的存取表現。

依時間來看，NVMe最初的1.0版規範誕生於2011年3月，功能比較完整的 1.1版是在2012年10月推出，而第1款NVMe SSD——三星的XS1715則問世於2013年8月，Intel也在2014年6月發表支援NVMe的PCIe SSD產品。

也就是說，NVMe協定問世距今已過了7年時間，NVMe SSD產品出現於市場也已有4、5年，目前各主要SSD供應商，旗下大都已有針對資料中心應用的NVMe SSD產品。

在系統層級的應用方面，包括Dell與Supermicro等伺服器廠商，都在2014年推出最早支援NVMe介面的伺服器產品，從2015年起，NVMe開始成為新款伺服器主要儲存I/O介面規格之一。

下一步的NVMe應用，便輪到外接式的企業級儲存設備。

NVMe儲存陣列的興起

早在2016年中時，便有E8 Storage等廠商發表採用NVMe SSD的儲存陣列產品，接著在2017年初，又有Pure Storage、Apeiron與AccelStor（捷鼎）等新創廠商，陸續推出基於NVMe SSD的全快閃儲存陣列。

關鍵的發展，則是出現在2017年下半年到2018年上半年這個時段，以NetApp發表EF570為開端，一線大廠開始進入NVMe全快閃儲存陣列領域，接下來，Dell EMC、HPE與IBM等大廠，也跟進推出基於NVMe SSD的全快閃儲存陣列產品，或宣布已備妥支援NVMe SSD。

所以從2018年下半年起，NVMe快閃儲存陣列已開始成熟，用戶已有不少產品可以選擇，涵蓋了新創廠商產與一線大廠的產品。而一線儲存大廠中，除了Hitachi Vantera還未發表NVMe相關產品規畫外，其餘都已經能提供採用NVMe SSD的快閃儲存陣列產品。

NVMe-oF外接架構進入實用化

NVMe除了作為SSD介面之外，也在2016年中，衍生出針對外接應用的NVMe over Fabrics（NVMe-oF）架構，基本概念是把NVMe的全新軟體堆疊，嫁接在既有的光纖通道（Fibre Channel，FC）、InfiniBand或RDMA乙太網路上運行，一方面可讓透過SAN儲存網路的區塊存取，也能應用NVMe協定的低延遲特性；另一方面則可讓NVMe介面透過SAN網路的嫁接，獲得擴展性與管理性。

以儲存設備後端的NVMe SSD為基礎，若再結合外接應用的NVMe-oF，搭配，便能構成整個傳輸鏈路都是運行NVMe協定的端點到端點（End-to-End）型式NVMe架構，進一步保障所有存取環節的低延遲要求。

在正式的NVMe-oF規範問世之前，新創廠商Mangstor與業界龍頭EMC就先一步在2015年底與2016年初，分別發表End-to-End NVMe型式的全快閃儲存陣列產品，Mangstor的NX系列採用基於標準硬體的軟體定義儲存路線，EMC的DSSD D5則採用專屬硬體架構路線，兩者都能提供驚人的低延遲性能，然而當時的NVMe-oF架構還不成熟、尚未標準化，難以被用戶接受，以致兩家廠商都在2017年中放棄了產品。

儘管第一波NVMe-oF產品沒有成功，但仍有其他廠商持續推動NVMe-oF儲存應用，以新出爐的NVMe-oF標準為基礎來發展產品。新一波NVMe-oF產品供應商，主要是新創廠商，包括Excelero、Kaminario與E8 Storage等。一線大廠中，則以NetApp腳步最快，在2017年下半年發表的EF 570上，提供了基於100Gb InfiniBand的NVMe-oF連接架構。隨後IBM也在2017年底展示了FlashSystem 900全快閃儲存陣列，透過40Gb InfiniBand運行NVMe-oF的連接架構。

到了2018年上半年，一線大廠支援NVMe-oF的產品更是一口氣暴增。首先是IBM在2018年初為旗下幾乎所有全快閃儲存產品線，都引進了NVMe-oF，並涵蓋了包括基於FC、RoCE或iWARP乙太網路等不同的NVMe-oF架構，接著NetApp也擴大了旗下產品線對NVMe-oF的支援，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也都在2018年上半年預告，近期將會支援NVMe-oF，應該也都是從基於FC的NVMe-oF架構起步。

NVMe開始進入主流應用

我們可以看到，在過去這半年多時間以來，無論是內接式的NVMe應用，還是外接式的NVMe-oF應用，都已開始進入主流儲存產品。

其中較為單純的內接式NVMe應用，也就是搭載了NVMe SSD的快閃儲存陣列已算成熟，這也是相對最容易導入的一種NVMe應用型式，只涉及儲存控制器、背板與SSD模組，廠商與產品選擇已相當多，主要儲存大廠也都開始供應這種類型的產品。

至於外接式應用的NVMe-oF，由於用戶實際導入時，會牽涉到整個儲存網路架構的升級，相形下難度高了許多，另一方面，NVMe-oF目前規格制定還未完全成熟，仍缺少部份關鍵功能（如多重路徑等），應用上有一些局限，不過也已經有一些廠商提供相關產品，預期等到明年時，實際的應用才會真正爆發。

【開放的高速I/O介面新標準】NVMe推動儲存應用邁向超低延遲時代

早在NVMe還未成熟的2010年代初期，Fusion-io、TMS、Violin等廠商便曾推出擁有超低延遲的PCIe SSD卡與儲存陣列產品，但受制於專屬架構，而難以推廣與普及。直到NVMe出現後，才能提供一個利用推廣的開放式低延遲存取架構標準。

其實NVMe或NVMe-oF的真正價值，並不只是提供低延遲的存取架構，而在於這是一種「開放的」通用低延遲架構。

目前一般SAS SSD的平均存取延遲規格，大約在100～200μs左右；而基於FC、iSCSI SAN架構的全快閃儲存陣列，存取延遲的基本要求是低於1,000μs（即1ms），能有500μs的存取延遲，便算很好的表現。雖然這樣的存取延遲已能滿足絕大多數環境的需求，不過若想要追求更進一步的低存取延遲，SAS SSD與傳統SAN快閃儲存陣列便力有未逮，必須改用新的存取架構。

在NVMe問世之前，Fusion-io（現屬於WD/SanDisk集團）、STEC等廠商，便已推出存取延遲只有30～50μs等級的PCIe SSD介面卡產品。類似的，在外接儲存陣列領域，IBM、Violin Memory（現改稱Violin System）等廠商的專屬硬體架構全快閃儲存陣列，能提供100～200μs的超低存取延遲。不過這些廠商都是藉由各自的專屬PCIe架構，來實現遠低於一般SAS SSD與快閃儲存陣列的超低延遲表現，但同時也受制於專屬架構，存在成本高昂、產品更新緩慢的問題，難以普及與推廣，更無法推動整個快閃儲存應用領域的變革。

而NVMe與NVMe-oF的價值，便在於提供了開放、通用的低延遲架構，既能提供與前述專屬架構快閃儲存產品相同的低延遲性能，同時又能藉由通用的標準，普及到所有廠商的產品上，達到擴展應用環境、降低成本的目的。

目前市售的NVMe SSD，已能有50～90μs等級的存取延遲，不下於以前的專屬架構PCIe SSD卡；而採用End-to-End NVMe-oF架構的全快閃儲存陣列，存取延遲則能達到100～200μs的層次，也趕上專屬硬體架構全快閃儲存陣列的水準。而且，NVMe與NVMe-oF都是通用的標準，能為任何廠商所採用，進而帶動整個儲存領域，向超低延遲領域進化。

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