最基本的NVMe儲存端應用,便是以NVMe取代SAS介面,作為SSD連接儲存陣列控制器的介面,構成從SSD到儲存陣列控制器之間的高速直連通道,也就是一種位於儲存陣列後端的內接NVMe應用。

這種後端(Back-End)型式的NVMe連接架構,只涉及儲存陣列控制器、背板與SSD模組,至於前端(Front-End)的I/O介面則仍沿用既有的FC、iSCSI/乙太網路,不僅架構相對較為單純,也便於融入既有的儲存網路環境,同時也是日後跨入完整NVMe架構的橋梁,只需將前端I/O介面更換成支援NVMe-oF外接架構的型式,就能成為完整的端到端(End-to-End)NVMe傳輸架構。

NVMe儲存陣列的2種型式

目前已有不少儲存設備支援後端NVMe介面,又可分為兩種型式,

第一類產品是單純只提供後端的NVMe SSD或儲存模組,如Pure Storage、華為、Tegile、捷鼎,還有Dell EMC的產品等。

第二類產品除了支援後端的NVMe SSD或儲存模組外,同時也支援前端的NVMe-oF,也就是完整的端到端NVMe架構,如Apeiron Data、E8 Storage、Kaminario、Pavilion Data、Vexata,還有NetApp與IBM的產品等。

其中第一類產品只要更換前端I/O介面,很容易便能升級到第二類產品的完整的端到端NVMe架構,如Dell EMC、Pure Storage都已預告了這樣的升級,都會在近期為旗下產品提供前端NVMe-oF的選項。

我們這裡先聚焦在提供後端NVMe架構的產品。

後端型式NVMe儲存陣列概覽

如前所述,這類型NVMe儲存陣列只在後端引進NVMe介面與NVMe SSD,前端I/O介面仍為一般的FC、iSCSI或乙太網路,所以這種架構還不能完整發揮NVMe的低延遲潛力。不過即使如此,僅僅依靠將後端連接SSD的介面從SAS換成NVMe,也能帶來相當可觀的降低存取延遲效果。

一般全快閃儲存陣列的存取延遲標準是低於1ms,較好的產品可以達到0.8ms甚至0.5ms。而目前的後端型式NVMe全快閃儲存陣列,存取延遲指標幾乎都是低於0.5ms(500μs),許多產品還能達到0.4ms以至0.25ms(250μs)的層次,已明顯較一般基於SAS SSD的全快閃儲存陣列改善許多。

不過若要進一步將存取延遲降到0.2ms以下或0.1ms層次,目前看來還是只有引進NVMe-oF外接架構、端到端的完整NVMe產品才能達到。

Pure Storage FlashArray//X

FlashArray//X是Pure Storage於2017年4月發表的第5代FlashArray全快閃儲存陣列,沿用了上一代FlashArray//M的機箱設計,最大變革是以NVMe取代SAS作為儲存模組介面,可搭配Pure Storage專屬的DirectFlash NVMe儲存模組,或傳統的SAS SSD,提供20TB到878TB原生容量,搭配NVMe儲存模組時擁有為250μs等級存取延遲。前端I/O介面則支援標準FC與iSCSI協定的16/32Gb FC,1/10/25/40/50GbE等多種型式。

捷鼎NeoSapphire P310

國產快閃儲存先驅捷鼎(Accelstor)投入NVMe領域的腳步非常快,在2017年5月便發表了NeoSapphire P310這款NVMe全快閃儲存陣列,在1U機箱內透過8臺NVMe SSD,便能提供70萬IOPS效能,同時還保有0.35ms(350μs)的低存取延遲,前端介面則為傳統的10GbE或16Gb FC,能支援iSCSI、FC與CIFS/NFS存取。

華為Dorado 5000 v3

身為中國儲存龍頭的華為,於2017年7月發表支援NVMe的Dorado 5000 v3全快閃儲存陣列,屬於華為的OceanStor儲存陣列家族一員,所以和其他OceanStor產品一樣,能提供最大16控制器的Scale-Out擴充能力,不同的是Dorado 5000 v3有兩種後端介面選擇,一為傳統SAS 3.0,另一為可支援NVMe的PCIe 3.0,於前端介面則支援FC、iSCSI與InfiniBand。在最大擴充組態下,華為宣稱Dorado 5000 v3擁有400萬IOPS效能,且能保持0.4ms的低延遲。

Tegile N5200與N5800

原本專長於混合儲存陣列的Tegile,進來也積極進軍全快閃儲存陣列,並在2017年8月併入WD集團的同時,推出NVMe全快閃儲存陣列N5200與N5800系列,都是傳統雙控制器的多功能儲存陣列,可透過8/16Gb FC、1/10/40GbE等前端介面,支援FC、iSCSI區塊存取服務與NFS、CIFS/SMB NAS存取服務。在SSD方面則能支援NVMe SSD或SAS SSD,N5200提供最大154TB的NVMe快閃儲存容量,N5200則為184TB,Tegile宣稱這兩個系列可在啟用所有儲存服務下,提供最大300萬IOPS效能,並保有0.2ms(200μs)低延遲。

Dell EMC PowerMax

全球儲存龍頭Dell EMC,也在2018年5月發表的新一代旗艦產品PowerMax上,支援了NVMe介面。PowerMax是原有VMAX系列全快閃款式的延伸發展款式,硬體與軟體核心沿用VMAX系列最新一代產品的架構,另在後端I/O介面引進新的NVMe規格,不僅SSD改用NVMe介面款式,擴充儲存櫃的連接介面也改為NVMe over PCIe,前端I/O介面則為16GbE與10GbE iSCSI。比起上一代VMAX,PowerMax的IOPS規格提高了50%,存取延遲也有50%的改善。

 

【國產NVMe全快閃儲存陣列】捷鼎NeoSapphire P310

比起外商,國產儲存廠商很少能在新架構產品上取得領先,不過捷鼎的NVMe儲存陣列卻是個例外,捷鼎接連在在2017年5月與8月發表P310與H810兩款NVMe全快閃儲存陣列,成為全球第一波投入NVMe快閃儲存陣列產品的廠商之一。雖然目前只有規格較低的P310正式上市,但已能提供讓人印象深刻的表現。

P310是捷鼎NeoSapphire全快閃儲存陣列家族之一,採用內含8臺800GB NVMe SSD的1U機箱,可提供6TB原生容量與3TB可用容量,前端介面包括10GbE或16Gb FC,能支援iSCSI、FC與CIFS/NFS存取。。

在效能規格上,P310與P710同樣以70萬IOPS並列NeoSapphire系列之首,不過採用SATA SSD的P710存取延遲為1ms等級,而P310則藉由引進NVMe SSD將存取延遲壓低到0.35ms,足足降低了2/3。

而透過NVMe SSD降低存取延遲,也更有利於發揮捷鼎FlexiRemap存取技術的write-through寫入機制,也就是不經DRAM記憶體,直接將資料寫入底層SSD,可避免斷電造成寫入資料不一致問題。而P310透過NVMe SSD的低延遲特性,能確保搭配write-through寫入機制時,整體系統仍保有足夠的效能。

在軟體方面,NeoSapphire系列的系統軟體,自2.0版起便有大幅改進,結合了完整的資料服務功能,目前的2.1.0版還增加了後處理型式的重複資料刪除、改進的遠端複製功能,以及對VMware VAAI的支援。

 

 

【NVMe全快閃儲存陣列先驅】Pure Storage FlashArray//X

成立於2009年的Pure Storage,在快閃儲存陣列領域,已成長為足以與Dell EMC、NetApp等一線大廠分庭抗禮的重量級廠商。

FlashArray是Pure Storage的主力產品線,到了第六代的FlashArray//X正式導入了NVMe介面,取代沿用多年的SAS 3.0作為後端I/O介面。

FlashArray//X本身也可以分為兩代,第一代是2017年4月發表的X70,第二代則是2018年5月推出的//XR2系列,包含X10、X20、X50、X70與X90。FlashArray//X沿用了上一代FlashArray//M的3U機箱,但後端I/O介面改為NVMe,前端I/O介面則有16/32Gb FC,1/10/25/40/50GbE等多種型式。FlashArray//X的控制器Base機箱可安裝專屬DirectFlash NVMe儲存模組(DFM),或傳統的SAS SSD。

至於FlashArray//X搭配的儲存擴充櫃則有兩種,可透過50GbE的RoCE v2乙太網路介面,來連接內含DFM模組的擴充櫃,也可選用傳統的12Gb SAS介面,來連接內含SAS SSD的擴充櫃。

至於在前端I/O介面方面,FlashArray//X也備妥(ready)支援NVMe-oF架構,將會同時支援嫁接50Gb RoCE與32Gb FC兩種型式,預計晚一些便會宣布正式提供NVMe-oF。

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