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解讀英特爾存儲策略 SSD首先瞄準云計算

2010-07-2716:27

Storage Networking World (簡稱 SNW)源自美國,由全球網絡存儲工業協會(SNIA)與美國《Computer World》聯合主辦。自2003年開始進入中國以來SNW China已經成功地舉辦了七屆,成為中國存儲領域規模最大、影響最廣、最受關注的存儲業界的盛會。今年大會將由SNIA China依托SNIA全球的整合資源,為觀眾帶來與國外“零距離”的 SNW大會,那么今年的SNW與往屆有何不同?今年將有哪些廠商展出哪些新產品和新技術呢?這些新產品和新技術又將帶來哪些新應用呢?

本屆SNW 2010大會的眾多演講主題中,有來自英特爾的兩位專家——英特爾業務發展總監Ranjit Kurup先生就存儲瓶頸問題的演講和英特爾存儲技術市場經理Richard Chiang先生的高峰對話“云時代面臨的機遇和挑戰”。相比EMC等存儲大廠,英特爾在存儲領域為人們所知的就屬其面向高端企業級應用的固態硬盤SSD系列產品。那么,英特爾在存儲市場究竟作何打算,其SSD技術又有哪些發展呢?筆者在SNW大會前夕為您揭開答案。

1、一流廠商做標準 英特爾未雨而籌謀

英特爾是摩爾定律的誕生地,你會發現每個英特爾人在演講之初喜歡擺出摩爾定律的指數級發展圖,并驕傲的告訴大家,英特爾不斷的研發新半導體制程工藝,以至于推動著摩爾定律走到今天,并仍會繼續走下去。

那么,在英特爾自身處理器日新月異的攀登一個又一個性能高峰的同時,推動整個x86生態環境向前發展就成了它背負上的承重責任。于是,我們看到了ATX主板規格、IDE硬盤、SATA硬盤、USB、DDR內存、80PLUS電源標準、南北橋標準主板芯片組結構等一系列標準在英特爾的推動下確立——而正在確立的USB 3.0和取消北橋全部集成在CPU內的融合標準則預示著下一個帶動廠商和用戶轉變的臺階。

從商業上來理解就很簡單,英特爾有了很快的CPU,怎么才能賣給用戶呢?它要告訴用戶這個很快,比你以前的好,能給你帶來更多價值,減少時間和成本。但是,其他部件都在緩慢發展,于是英特爾就去投入人力物力或幫助,或合作或挑頭成立標準機構,制定面向下一個5年或者10年這個領域的標準。為的是,讓CPU的高性能不會遇到來自其他地方的瓶頸限制——這才是一個可持續發展的完整的模式,用戶才不會去說,CPU快有什么用,別的東西那么慢,用不著,不用買。

好的,一流企業做標準,我們認同了。那么英特爾是做處理器的大廠,跟計算相關我們還能理解。怎么又和存儲扯上關系了?

這其實一直以來就是英特爾乃至整個計算機世界的痛——存儲的發展太慢。遙想當年IBM在實驗室發明一個房間那么大的硬盤原型機到現在,能稱得上改變存儲方式的也就是SSD固態硬盤了。諸如早期的5.25寸硬盤到現在的3.5寸硬盤乃至2.5寸硬盤都是基于一個固定硬盤標準(溫徹斯特式硬盤)下的產物。其存儲容量的發展非?;郝釉縉詰募剛?,到數百兆,在突破1G之后迅速攀升到10G、20G硬盤,然后大家都記得那個奔四+80G硬盤橫行的時代,之后的120G只存在了一個很短的時期就進入了250G和320G統治消費級存儲的時代。企業級存儲也在SCSI之后進入SAS盤陣時代。

古老的溫徹斯特硬盤結構一直沿用到目前的所有機械式硬盤

但是,溫徹斯特式硬盤的速率提升卻一直都是其重要問題——原理所限,硬盤磁片的轉動速度受溫度和穩定性物理定律的限制無法更高,而磁頭的讀寫速率和尋道模式在不斷的優化之后(包括48位尋址、NCQ原生指令序列等),也到了極致——大約120MB左右的持續讀取速率。

也許我們已經習慣了硬盤拷貝東西時磁頭的聲音,也習慣了動輒數分鐘的等待,并看著windows滾動條慢慢前進——但是講求高效的企業級應用和更快的計算機卻不允許這種情況。陣列或許是解決問題的渠道——盤陣已經是所有企業存儲的標準配置。不過,在規模變大之后,盤陣與計算系統之間的傳輸瓶頸又對互聯設備提出了嚴厲的性能和穩定性需求。

說道這里,前面的問題迎刃而解——英特爾必須致力于解決存儲發展過程中的這一系列問題,是為了讓整個產業能更上一個臺階,也就使得自身處理器能夠發揮更高的性能,從而讓摩爾定律延續下去。

我們來看看英特爾目前在存儲領域都致力于哪些技術的推動——固態硬盤SSD、iSCSI、FCoE、萬兆以太網、6Gb SAS規范??梢苑⑾?,這其中除了SSD,其他標準或規范都是面向現有盤陣的鏈路帶寬的——不論是萬兆以太網還是FCoE都將優化SAN或企業NAS與計算系統的通信速率,從而使得盤陣能做的更大,擁有更高的并行存取速率。而另一方面,6Gb SAS規范則進一步優化了系統內硬盤的I/O通路,使得未來更快的硬盤與系統間的通訊速度不會受限于接口——目前的硬盤實際上連3Gb SAS帶寬都無法吃滿。

那么,更快的硬盤在哪里呢?與其去修復溫徹斯特式硬盤的缺陷,不如另起爐灶。英特爾干起了他的老本行,以半導體電子的領先技術,推出固態硬盤SSD,以閃存芯片為存儲介質,雖然容量成本上還無法和硬盤相比,但是其速率(尤其是隨機速率)已經遠遠超過了普通硬盤。

2、要做標準制定者 英特爾以SSD未來為契機

英特爾在推動摩爾定律的過程中獲得了在微電子半導體領域的頂尖技術和生產工藝,因此做起SSD的閃存芯片來可謂是得心應手。在英特爾與美光合作的NAND閃存芯片領域,其不斷翻新的工藝使得SSD容量和速度都在提升,而成本卻在降低——為其正式取代傳統硬盤逐漸打開通路。

今年2月1日,英特爾和美光共同宣布了25nm工藝NAND閃存技術將用于最新的SSD固態一會那光盤,從而可以大幅度降低SSD的制造成本(相比目前主流的34nm NAND芯片)。例如組成一個256GB的固態硬盤(SSD)只需32個25納米NAND芯片(之前則需要64個這樣的芯片)。閃存芯片數量的減少也使得控制芯片和解決方案更加容易——相對的持續傳輸速度和隨機速率也會有較大幅度的提升。

但是工藝進步帶來的性能提升并不是英特爾唯一在做的事情,NAND閃存標準才是它真正在推動的事情。面對東芝和三星的競爭壓力,英特爾強調NAND閃存是唯一沒有標準接口的消費類存儲器,NAND閃存接口標準化同樣需要加快推進。

開放式NAND閃存接口(ONFi)組織成立于2006年5月份,致力于推動NAND閃存接口的標準化,目前已有90多個成員。英特爾技術專家Amber Huffman表示,目前ONFi組織目前的工作主要有兩方面,從ONFi 3.0開始進一步提升NAND接口性能,從200MT/s到400MT/s,同時與ONFi 1.0和ONFi 2.0兼容;另外一個方面就是致力于零糾錯碼的NAND發展。將依賴于NAND制程的功能從控制器中剝離出來,以減輕主控的負擔,使得NAND性能得到進一步提升。

除了NAND閃存的標準制定,英特爾也在積極探索固態硬盤的新接口形式,有前面提到的SAS 6Gb、有已經成熟的SATA、還有PCIe。其中英特爾最看好PCI-E的固態硬盤,據英特爾技術專家Amber Huffman透露,PCI-E接口可以保證有效的帶寬,為未來更高性能的固態硬盤乃至固態硬盤陣列提供足夠的數據通道——而傳統的SAS和SATA無疑會成為瓶頸。在Gartner的數據中,我們也看到了這一預期——其實PCI-E更多的滿足了SSD固態硬盤在企業級應用對性能的需求。也因為這種快速崛起的新存儲接入形式(如Fusion-IO已經推出了不少PCI-E的SSD產品),英特爾表示PCI-E固態硬盤缺乏一定標準。

  英特爾技術專家Amber?Huffman明確指出:基于PCI-E的固態硬盤目前在主機控制器接口(HCI)上還沒有統一的標準,這導致每一個固態硬盤廠商都需要為其固態硬盤提供專門的驅動程序,標準的缺乏使得基于PCI-E的固態硬盤市場發展具有巨大的阻力,固態硬盤廠商需要為每個操作系統配備一個驅動程序,這讓基于PCI-E固態硬盤的驗證周期和相應的成本大大上升,為此英特爾認為需要制定企業級的NVMHCI(非易失性存儲主機控制器接口,Non-Volatile Memory Host Controller Interface,簡稱NVMHCI)標準。包括英特爾在內的50多家廠商組成的組織將在今年4月份推出0.5版本,此后在7月份、9月份、10月份分別推出0.7版本、0.9版本和候選版本,初步成型的1.0版本將在今年11月份推出。

筆者認為,英特爾看好PCI-E接口固態硬盤的另一個重要因素是——從Sandy-Bridge架構處理器開始(2011上半年推出),英特爾會將PCI-E控制器從北橋中挪入CPU,因此PCI-E總線將直接與CPU通信,其帶寬和性能都將有巨大的提升。

英特爾希望通過NVMHCI和ONFi盡快標準化,一方面加快固態硬盤向更高性能發展,同時也利用標準化的過程,達到自身在固態硬盤領域的領導地位。當然,東芝和三星以及其他廠商也并不會袖手旁觀,結果如何?年內就會見分曉。

3、SSD可做云計算緩沖層 HPC也將大規模部署

應用在哪里?這是任何新技術、新產品都要面對的問題。早先在英特爾高性能計算研討會上,就有來自石油行業的用戶表示SSD目前還不能大規模的應用在勘探領域——性能雖然好,但是NAND閃存的讀寫壽命有限,容量和性價比目前還比不了傳統硬盤。

但是來自英特爾專家團隊的建議卻表示,SSD在云計算時代將成為互聯網企業的寵兒。首先是云計算所需要的底層虛擬化技術——虛擬機所在的虛擬盤對硬盤隨機讀寫提出了巨大挑戰。試想一個物理盤陣上劃分著數個虛擬磁盤,有的負責數據庫操作,有的負責視頻流服務,有的則對應著隨機搜索服務——SSD將完美的解決這種虛擬架構帶來的隨機數據讀寫操作。

因此,英特爾認為SSD固態硬盤目前最大的應用前景在于互聯網企業數據中心的高速緩存和云計算中心的緩沖層。如上圖是一個典型的云計算配置,緩沖層將對云計算和數據中心的數據處理帶來重要的變革作用。英特爾認為在云計算數據中心中配置緩存陣列的緩沖服務器能夠很好的滿足緩沖層的需求。

目前英特爾為了滿足數據中心緩沖層的需求,聯合IBM公司共同推出了緩沖服務器Schooner。Schooner緩沖服務器專門為云計算數據中心而設計,由于利用英特爾固態硬盤組成閃存陣列,因此服務器在性能上得到很大提升。英特爾技術專家James Myers還稱Schooner緩沖服務器和現有的應用及管理軟件完全兼容。據了解,Schooner是一個即插即用的緩沖服務器——擁有兩個四核至強5500處理器和英特爾X25-E SATA接口固態硬盤,具備較強的數據處理能力。并行的閃存控制器和8通道的千兆以太網卡使得Schooner在IO處理能力上得到很大提升,同時還具備較強的存儲容量擴展能力。

英特爾認為云計算數據中心需要添加專有的緩沖層來提升數據流的傳輸和處理能力,而事實上在一些面向科研的HPC領域,SSD固態硬盤已經開始發揮重要作用。

如去年底美國圣地亞哥超算中心(SDSC)已經開始大規模部署SSD固態硬盤,以期在高性能計算時,存儲設備不再是瓶頸——海量數據的隨機存取對存儲系統是巨大的壓力。而另一方面,在成千上萬的硬盤部署中,SSD相比傳統硬盤節省的功耗成本是一個巨大數字,另一方面由于其沒有任何機械部件,因此不易發生故障,數據丟失率也比傳統硬盤小?!罷夂芎美斫?,只壞一個閃存芯片,可能只會丟掉幾個G的數據,而傳統硬盤一旦損壞,整個硬盤的所有數據都可能丟失?!備眉撲慊行鬧鞴蹵llan Snavely表示,“SSD具有更加快速的數據吞吐能力,在高性能計算中這一點極為重要?!?/p>

半導體研究公司分析主管Jim Handy表示,在消費級領域,傳統機械硬盤仍然是首選,但是對于科研、金融機構來說,數據的處理速度顯得非常的重要,所以固態硬盤在這一領域將會逐步走俏。國內的百度、淘寶網等大規模集群服務器的擁有者也已經部署SSD,只不過是用做高速緩存。美國圣地亞哥超算中心是第一家開始大規模部署SSD的高性能計算中心,這標志著SSD在功耗節約和性能上已經可以令人心動。

(來源:    作者:)

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