数字化趋势下的数据运用流转

曲水

随着社会数字化程度的不断提高，人类生活中越来越多的信息变成了数据，人类也产生了更多对于数据的需求。从移动支付到自动驾驶，数据量暴增不仅带来数据存储的压力，也同样对于数据处理提出了更高的要求：在待处理数据量剧增的情况下，数据传输的时延还必须不断缩短。



在这一背景下，数据中心必须不断发展演进，方可应对未来的挑战。数据中心虽涉及多类软硬件设备，业界关心最多、影响最大、技术栈最深的依然是存储侧基础设施。随着存储闪存化转型升级的深入，业界越发意识到，SSD等介质革命固然带来了IO的巨幅提升，但NVMe协议才是发挥性能的关键，通过端到端NVMe使得数字化转型真正走向“高速之路”。

NVMe展示标准化力量


早在2000多年前，《礼记·中庸*****就提出了“车同轨，书同文，行同伦”的理论，以此让社会更加有序、高效的运作。

IT行业亦是如此，用户希望他们的应用程序立即响应。为此，这些应用程序需要更快的服务器处理器、更多的计算核心、更多的内存和更多的存储资源。随着底层硬件功能的改进，以满足这些需求，创新的应用程序开发人员找到了利用这些需求的新方法——快速应用程序依赖于将频繁访问的数据尽可能靠近处理器本身。

从IDE、SATA到SAS，硬件接口协议发展经历了交替革新，性能也逐步提升。但总体来看，这些硬件协议大都为通用接口协议，是从支持机械硬盘演进为支持固态硬盘的，性能上并没有就固态硬盘颗粒高速读写能力做出太多优化。直到PCIe SSD的出现，SSD性能得以进一步释放。PCIe是串行总线标准，硬件可以直接和CPU进行通信，速度更快，通道数更多。但彼时的PCIe SSD却做不到拿来即用，不同的操作系统、不同的应用场景都需要PCIe SSD给出相应的驱动、配置、维护以及升级方案。PCIe SSD作为数据中心的一个存储组件，借助标准化构筑完整的生态是必然趋势，而NVMe正是在这样一个背景下诞生并成为了PCIe SSD开启闪存时代的引爆点。


在NVMe出现之前，高端SSD只得以采用PCI Express总线制造，但需使用非标准规范的接口。若使用标准化的SSD接口，操作系统只需要一个驱动程序就能使用匹配规范的所有SSD。这也意味着每个SSD制造商不必用额外的资源来设计特定接口的驱动程序。

NVMe正是应此而生。做个形象的比喻，原来负责控制固态硬盘的SAS协议，由于复杂的系统架构、过多的协议解析、有限的队列并发能力，硬生生把固态硬盘建成了红绿灯多、卡口多的“省市级公路”；而NVMe则是为他们带来一条真正的数据高速公路。

根据Gartner预测，2022年NVMe SSD在存储中占比将达到52%。

NVMe性能、节省处理器资源及提升软件效率多方面占优



随着固态硬盘在存储市场上的流行，SAS已成为存储中连接SSD的最典型方式；但是，SAS的设计主要是作为机械硬盘驱动器（HDD）的接口，并随着时间的推移越来越难满足速度日益提高的SSD。随着在存储市场的流行，许多固态硬盘的数据速率提升已经放缓。不同于机械硬盘，部分SSD已受到SAS最大吞吐量的限制。

NVMe协议则是统一了各厂商私有接口协议，用统一的接口协议来建立生态，和多种操作系统互联互通。使用NVMe协议与存储系统中的SSD交谈，可提高每个处理器和整个存储系统的效率和有效性能。与传统的基于SCSI的协议相比，精简的NVMe协议栈降低了处理开销。NVMe协议将最大队列数由单队列提升至64K，队列深度也从32提升至64K，使得SSD的IOPS大幅提升近2倍，时延也缩短了2倍。NVMe已经成为业界公认的固态存储主流协议选择，在未来将占领大量市场。



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