越來越多廠商推出用於幫助卸載處理器負擔的硬體加速裝置,圖中由左到右分別是:HPE SimpliVity的OAC加速卡,Nebulon的SPU模組,以及Dell的Data Reduction I/O模組。(圖片來源/HPE, Dell, Nebulon)

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。

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