32Gb FC、25GbE、NVMe與NVMe-oF等4種儲存I/O介面,雖然問世時間不一,且各自是針對不同面向的應用,並分別由不同的組織所制定與發展,但都同時在2017年到2018年之間,進入儲存陣列應用階段,共同匯聚成一波儲存I/O介面更新潮。(資料來源:iThome整理,2018年8月)

企業IT環境的儲存應用架構,正適逢3到4年一次的I/O介面更新潮,從儲存裝置的連接介面到儲存網路介面,都同步開始經歷新舊規格的世代交替。

上一波發生在2014至2015年間的I/O介面更新潮,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儲存網路介面,與後端的儲存裝置介面。而現在進行中的這一波儲存I/O介面更新潮,主角換成32Gb FC、25Gb乙太網路,以及NVMe等3種新規格,將分別接替成為儲存網路與儲存裝置的主流規格。

新世代規格同步進入成熟期,匯聚成I/O介面更新潮

一般來說,每一項新I/O規格問世後,大約需經過3~4年,才能進入應用到儲存設備的階段。

另一方面,各式不同的I/O介面規格,也各自有著自身的更新周期,例如FC介面大約是每隔4到5年發表一代新規格,SAS介面則是5年更新一代,乙太網路則大致是3到6年更新一代。

雖然各種I/O介面規格的更新週期不同,但是從2017年下半年起,幾種主要的I/O介面規格,包括FC、25Gb乙太網路與NVMe等,都剛好發展到新規格開始應用到儲存設備端的普及階段,彼此交錯、共同匯聚成一波儲存I/O介面更新潮。

以FC介面來說,最新一代的32Gb FC是在2014年完成規格制定,支援32Gb FC的交換器與HBA卡等網通產品,則是在2016年開始出現,接著在2017年下半年到2018年上半年,陸續有儲存陣列支援32Gb FC。

25GbE同樣也是問世於2014年,接著在2016年中陸續出現了支援這種新介面的交換器與網路卡,然後同樣是在2017年下半年到2018上半年,開始有儲存陣列支援25GbE作為主機端介面。

至於在NVMe方面,協定制定於2011年,首款NVMe SSD則於2013年上市,接著NVMe在2016年衍生出外接應用的NVMe over Fabrics(NVMe-oF)架構。從2017年起,NVMe與NVMe-oF開始進入儲存陣列應用,而新創廠商與一線大廠陸續在2017年中到2018年上半年,推出支援NVMe SSD與NVMe-oF架構的儲存陣列。

企業儲存傳輸架構的新面貌

由於32Gb FC、25GbE、NVMe與NVMe-oF這幾種儲存I/O協定,同時在2017年下半年時,進入儲存陣列產品的應用,也代表這幾種I/O架構的應用走到了「最後一哩」,進而形成了完整的連接存取環境應用。也因為這些I/O架構分別涵蓋了企業儲存的內接與外接應用,也讓企業資料中心的儲存傳輸架構,從內接磁碟介面到外部儲存網路介面,由裏到外全面翻新。

SSD連接介面新標準

過去幾年以來,SSD的連接介面一直處於SATA、SAS、PCIe等3種規格並存的情況——消費端SSD採用SATA介面,企業級SSD以SAS介面為主,高效能型SSD則採用PCIe。而NVMe透過結合PCIe匯流排與全新軟體堆疊,提供了一種兼具高頻寬與低延遲特性的傳輸介面,不僅取代了早期的PCIe介面,成為高效能SSD的新標準,而且隨著NVMe SSD成本的持續降低,還侵蝕了一部份SAS SSD的市場。

儲存網路新架構

FC與乙太網路並存的架構,是過去10年以來的企業資料中心主流儲存網路型態,其中FC介面是區塊(Block)形式存取服務的標準,乙太網路則是檔案、物件形式存取服務的基礎,另外也能透過iSCSI或FCoE協定,兼用於區塊存取服務。

而從2017年下半年開始,這兩種儲存網路架構開始更新到新一代規格。在FC方面,上一代的16Gb FC仍是主流,但下一代的32Gb FC規格已開始實際應用;在乙太網路方面,目前的主流架構是GbE與10GbE混搭,前幾年曾有部份廠商引進40GbE,試圖提供較10GbE更高的規格,結果卻不太成功,迄今仍未能成為主要的儲存I/O介面。相較下,新出現的25GbE規格,憑藉著更廣泛的廠商生態系與更低的導入成本,應會有較成功的發展。

除了FC與乙太網路這兩種網路介面的升級外,近來儲存網路領域另一個引人注意的發展,是NVMe-over-Fabrics(NVMe-oF)傳輸架構的問世,藉由將NVMe協定嫁接到FC或RDMA乙太網路上,以便為全快閃儲存陣列提供低延遲的網路存取服務。

而前述趨勢的發展,也讓未來的資料中心儲存網路架構,形成FC、乙太網路與NVMe-oF等3種架構並存的情況。FC與乙太網路將繼續扮演傳統的區塊與檔案存取服務角色,不過,高效能需求的存取服務,將逐漸轉到嫁接在FC或RDMA乙太網路上的NVMe-oF架構。

 

儲存I/O介面的更新節奏

儲存I/O介面是企業IT環境的基礎架構之一,往往牽ㄧ髮而動全身,因此,規格更新是沿著一定的節奏與次序進行。

我們可以把I/O介面規格更新的發展與普及過程,分為「新I/O規格制定完成」、「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:

(1)相關標準組織完成新I/O規格制定

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

(2)採用新I/O規格的網路產品問世

依循新的I/O介面標準,網路設備廠商大約在新I/O規格發表過後12到18個月,發表第1波支援新規格的交換器、HBA板卡等網路設備產品。

(3)採用新I/O規格的儲存設備問世

待新I/O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。

也就是說,新I/O介面的發展,是從相關標準組織完成新規格的制定開始,然後先由網路產品開始新規格的應用,最後再擴展應用到儲存設備。而當儲存設備開始普遍應用新I/O規格的時候,也讓這項I/O規格的應用架構完整成形,此時也意味著,這項新規格的應用進入成熟階段。


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