資料來源:iThome整理,2021年1月

經過數年的醞釀後,2021年可望成為近年來儲存技術發展的一個轉折點,一系列發展中的新技術,都將在2021年出現重要進展。這些即新技術,涉及了I/O介面、儲存媒體、儲存運算架構與AI應用等不同領域,將影響從基礎架構,到管理機制的儲存應用環境,給未來的企業儲存環境帶來廣泛的變化。

總覽2021年的儲存技術新變革

推動儲存技術變革的動力,不外乎是提高速度與降低成本這兩大目的,因此這個領域幾乎所有新技術的發展,若不是以更高的速度,就是以更低的使用成本為訴求。

但區別在於,一些技術可以直接帶來提高速度或降低成本的效果,例如頻寬更高的新一代I/O介面,以及速度更快、單位成本更低的新儲存媒體等。

另一些儲存技術,則是以間接的方式,來幫助使用者達到相同的目的,例如協助卸載運算負擔的輔助加速硬體,以及基於人工智慧(AI)的自動化輔助管理機制等。

接下來我們便以提高速度與降低成本這兩個目的為主軸,從I/O介面、儲存媒體、運算架構與AI應用這4個面向出發,檢視即將在2021年產生重要影響的儲存技術新進展。

I/O介面:PCIe、FC與SAS的新進化

在I/O介面方面,最讓人期待,也是最重要的新技術變革,便是PCIe 4.0終於將獲得普遍應用,進而帶給NVMe、GPU、儲存網路等應用雙倍的頻寬,也將解放PCIe 3.0長期帶給IT傳輸架構的束縛。

雖然IBM的Power 9處理器平臺,以及AMD第2代EPYC與Ryzen處理器平臺,都早已率先支援PCIe 4.0,但是在伺服器與儲存應用領域,Intel處理器平臺才是主流,因此直到Intel將在2021年推出的一系列新處理器平臺,開始支援PCIe 4.0後,PCIe在企業IT環境的應用,才能算是真正進入4.0時代。

Intel預計在今年推出的幾款處理器平臺,包括針對桌上型應用的Rocket Lake平臺、以及伺服器端的Ice Lake-SP平臺等,都會支援PCIe 4.0。

除了作為基礎I/O介面的PCIe以外,在2021年,作為SAN儲存區域網路主流規格之一的Fibre Channel(FC),也可望會有所進展。

第7代的FC介面規格,也就是64Gb FC,在2019年便已問世,擁有較現有的32Gb FC高出一倍的傳輸頻寬。

依照歷來FC介面推廣普及的時程,支援64Gb FC的SAN網路設備,包括HBA板卡、交換器與導向器等,都會在2020年下半年到2021年初陸續普及,為企業的SAN儲存環境升級到64Gb FC規格做好準備,接著64Gb FC規格便會進入儲存陣列產品,讓完整的64Gb FC環境正式成形。

最後則是停滯已久的SAS介面,也可望在2021年有新的進展。在高效能的NVMe介面搶占市場下,SAS介面的能見度相對少了許多,發展也漸趨於緩慢,以致SAS規格的應用,在12Gb SAS-3規格上停留了8、9年之久,遲遲未能邁入新一代規格。

事實上,下一代的24Gb SAS-4相關規格,在2018~2019年間便已陸續問世,但是在實際產品發展方面,卻一直停留在基本元件的層次(如連接器、纜線與控制器等),遲遲未能見到完整儲存裝置的應用。

這個情況到了2020年下半年終於改觀,出現了第一款支援SAS-4的SSD產品,接下來又陸續有更多SAS-4規格的元件推出,有望讓SAS規格更快的推進到實際應用。

儲存媒體:SCM、QLC的普及,與磁帶應用的新進展

過去一年多以來,兩種訴求各走極端的固態儲存媒體——高效能取向的儲存級記憶體(Storage Class Memory,SCM),以及低成本取向的QLC Flash記憶體,在企業儲存應用都已初見端倪,出現了第一批採用SCM與QLC的儲存陣列產品。

我們可以預期,在接下來的2021年,SCM與QLC的應用將會進一步擴大,並正式進入主流儲存產品。

在當前主流的固態儲存媒體之外,老牌的磁帶媒體近來也有新發展。隨著LTO-9磁帶規格在2020年下半年的問世,也將在緊接而來的2021年,給磁帶這種老牌儲存媒體的應用帶來新面貌。憑藉先天的安全與低成本特性,磁帶仍在企業儲存應用中保有一席之地,而LTO-9的推出,可望一轉先前LTO-8推廣不順的困境,將磁帶應用順利過渡到新一代規格。

運算架構:多樣化輔助加速硬體的興起

一反過去10多年來,由中央處理器包攬所有儲存運算的軟體定義儲存潮流,近2、3年來,開始興起了以減輕中央處理器運算負擔的輔助運算架構。

輔助運算架構的目的,是透過額外的加速晶片硬體,來幫助儲存設備的中央處理器,卸載固定、但高負荷的應用運算負載,例如重複資料刪除、即時壓縮等資料縮減應用,以及加解密運算等,進而幫助提高儲存設備的整體效率。

依照這些加速硬體在儲存設備中所處的位置,可分為控制器端、網路端,與儲存裝置端等3大類,涵蓋了各式ASIC、FPGA加速晶片,還有近來興起的DPU(Data Processing Units)處理器、SPU(Storage Processing Units),以及建構在SSD上的運算型儲存裝置(Computational Storage Device)等,不僅發展日益興盛,應用範圍也逐漸擴大,從早期的高階或特定儲存設備,開始走向中階與通用儲存設備,預期在2021年,會有更多硬體加速產品,與更多的儲存加速應用出現。

AI應用:延伸到自動化組態調校應用

在儲存領域,AI技術過去主要被應用在輔助儲存資源監控管理、系統建康分析、硬體元件故障預測,以及快取最佳化等面向。

近2年,來儲存領域的AI應用又有新的發展。

首先,是大幅擴展了AI雲端管理平臺涵蓋的用戶端環境。用於輔助儲存環境監控分析的雲端AI管理平臺,原本都是針對特定的儲存產品所發展,而近來則逐漸擴展為通用的IT環境管理平臺,既可多種不同產品線的儲存設備,還可管理交換器、伺服器,讓用戶能在AI的輔助下,從單一的雲端平臺,管理用戶端整個IT環境中的主要元件。

其次,是出現了更多樣化的AI應用,包括自動化的儲存組態調校與資源配置,以及分層儲存最佳化等,可幫助用戶改善儲存組態的效率,大幅節省人工介入調校的需要,進而降低用戶的管理成本。

 帶動儲存技術全面進化的關鍵:PCIe 4.0 

在我們這次關注的一系列儲存技術新潮流中,特別重要的一項,便是PCIe 4.0,其他儲存領域的許新技術,都有賴於PCIe 4.0的普及,才得以順利推廣。

直到2年前,Intel都還有質疑PCIe 4.0價值的論點,就顯示卡、GPU卡、SSD等個別裝置來說,PCIe 4.0的更高頻寬,確實不能立即帶來顯著的效能提升,但是對於整個儲存架構來說,PCIe 4.0將能帶來巨大的進步。

從NVMe SSD,到新一代高速網路架構的高傳輸效能,都需要更多的PCIe通道(lane)的支撐才能發揮,但這也帶來PCIe 3.0通道資源緊缺的問題,以致成為制約儲存與網路傳輸架構的瓶頸,唯一的解決辦法,便是引進擁有兩倍通道頻寬的PCIe 4.0,來減緩PCIe通道的耗用。

反過來說,也只有在PCIe介面更新到4.0以後,才能帶動其他依賴PCIe支援的新技術,如64Gb FC介面、儲存級記憶體,以及SPU、DPU等輔助加速裝置,真正進入普及階段。

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