【解讀2021儲存技術新趨勢３】儲存輔助運算架構的興起

隨著應用環境的變化，為了減緩資料增長帶來的儲存空間消耗，以及降低資料外洩的風險，重複資料刪除、即時壓縮等資料縮減功能，以及加解密等保護功能，現在都成為儲存平臺必備的基本資料服務功能，但這些功能，卻也大幅增加了儲存設備的運算負荷，完全依靠通用處理器來包攬所有運算作業的純軟體定義架構，已無法負擔這種複雜環境的運算。

面對這個問題，最有效的解決辦法，便是引進專門用於資料縮減或加密運算的輔助處理器，藉此卸載通用處理器的負擔，進而確保儲存設備的整體效能。

這也讓新一代儲存產品，不再是完全依靠通用處理器的純軟體定義儲存架構，轉向通用處理器搭配輔助處理器的混合式架構。

新時代的輔助儲存運算架構

通用處理器+輔助加速硬體的混合架構，在儲存領域其實已存在多年。

例如，2000年代早期的儲存陣列，控制器核心也是通用處理器+I/O處理器構成的混合架構；此外，許多磁帶設備與虛擬磁帶櫃（VTL）產品，都有搭配硬體壓縮或加密功能選項，內含加密晶片的SED磁碟，也在儲存領域應用多年。

就架構來說，近期興起的輔助加速硬體潮流，與10多年前通用處理器+I/O處理器架構，同為混合處理器架構；就目的來說，則與備份儲存裝置或SED上的壓縮或加密晶片相同，同樣都是透過專用硬體，來處理資料縮減或加密運算。

但儘管架構與用途相似，但新一代的輔助加速硬體架構，在深度與廣度上，都不是以前的舊架構所能比擬。

比起應用在備份裝置上的硬體壓縮或加密晶片，新一代的輔助加速硬體，是用於搭配全快閃儲存陣列在內的第一線儲存陣列設備，對於處理速度、延遲與存取回應即時性，都有更高的要求。

而比起早期儲存陣列的I/O處理器，只用於相對固定、單純的RAID運算或I/O處理，新一代的輔助加速硬體，承擔的工作更多樣化，必須承擔複雜許多的資料縮減運算，必要時也能透過可程式化的特性，承擔類型更廣泛的運算。

為了與舊架構區隔，一些廠商特別以資料處理器（Data Processing Unit，DPU）或儲存處理器（Storage Processing Unit，SPU）的新名稱，來指稱新一代儲存加速硬體。在2021年，我們將能聽到更多DPU或SPU的訊息。

儲存加速硬體的基本類型

依照儲存設備部署加速硬體的型式，可將當前的儲存加速硬體分為3種：

● 控制器端：內嵌於控制器核心的加速晶片，最典型的產品，便是HPE 3PAR的StoreServ與Primera系列儲存陣列中，控制器所搭載的專屬ASIC晶片。

● 附加模組端：透過附加介面卡或模組上的加速晶片，來卸載資料縮減運算，如Dell在VMAX與PowerMax高階儲存陣列上，所提供的Compression I/O模組與Data Reduction I/O模組，還有HPE SimpliVity超融合系統的OAC加速卡，NetApp AFF400陣列的卸載引擎卡等。

● 儲存裝置端：在SSD等儲存模組上內嵌加速用晶片，如Hitachi Vantara內建壓縮與I/O加速功能的FMD儲存模組，還有不久前三星與Xilinx共同推出、內含FPGA加速晶片的SmartSSD，此外，NGD Systems的運算型儲存裝置，也屬於這個類型。

而就加速晶片的類型，新一代的儲存加速硬體也能分為3種類型：

● ASIC：速度最快，但功能固定，成本也相對高昂，如HPE StoreServ與Primera系列的輔助處理器，以及NetApp AFF A400的加速晶片，都屬於ASIC。

● FPGA：效能不如ASIC，但具可程式化特性，功能較靈活，容易開發，成本也相對較低，HPE的SimpliVity系列， Hitachi Vantara的VSP 5000，以及三星SmartSSD的加速晶片，都屬於FPGA。

● 嵌入式通用處理器：透過內嵌Arm等低功率處理器，來處理加速運算功能，功能比ASIC或FPGA更彈性、廣泛，開發也更簡易，但效能不如前兩者。如Softiron、Nebulon與Pliops等新創廠商，目前發展的SPU附加儲存加速模組產品，都是基於Arm處理器。