华为存储：NVMe时代的领先者

北书房2014 2017-07-07

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华为存储：NVMe时代的领先者

NVMe技术的优势和挑战

随着SSD在性能、容量和价格等方面的持续优化，存储系统向全闪存演进的趋势不可阻挡。NVMe协议，作为SSD时代最优的接口访问技术，在IT和存储行业，正成为最热门的技术方向。据G2M的报告(http:///wp-content/uploads/2017/06/20170315-NVMEMarket_Sizing_Report_Abstract_v14.pdf)，到 2020年，NVMe技术相关的市场规模预计会达到惊人的570亿美元。

从技术上看，相对传统的SAS协议栈，NVMe提供了更扁平的协议，更大的并发（64K个队列，每队列深度可达64k），从而提供了50%以上的时延降低，4倍以上的读性能提升等高性能能力：

NVMe/SAS协议栈对比

然而，新技术的应用带来了性能的提升，也必然会在可靠性、可服务性、生态等方面面临挑战。华为认为，NVMe在存储系统中的应用，是一个系统性工程，涉及多层面的工作：

NVMe SSD硬盘

相对SAS SSD硬盘，NVMe SSD需要在内部IO处理流程上做优化，提供更大的并发能力，才能提供与NVMe匹配的性能。同时，必须在可靠性上满足企业级硬盘的要求，如需要支持双端口访问以提供HA能力，需要对PCIe链路的异常事件进行管理等。

存储系统

存储系统的IO栈需要针对NVMe的高并发、低延时等能力进行优化，必须在CPU调度、IO优先级、队列免锁等多方面调整IO流程，避免瓶颈，才能把NVMe的性能发挥到极致。

网络

NVMe基于PCIe访问，这带来了扩展性差、共享能力弱等问题。如PCIe NVMe的硬盘框，其最大硬盘数量和线缆长度均小于SAS，这制约了NVMe技术在存储系统中的应用。2016年6月发布的NVMe over Fabric（NoF）规范，通过在IP/FC等传输协议上承载NVMe，可以解决这些问题。存储系统需要在前端网络、互联网络和后端硬盘网络等各层面应用NVMeover Fabric技术，实现全路径的NVMe高速访问。

所以，存储在NVMe的应用上面临很大的挑战，这也是当前业界存储厂商在NVMe技术应用上节奏不同的原因。

PureStorage – NVMe时代的激进派

在NVMe技术的应用上，PureStorage是业界的激进派。2016年11月，PureStorage发布了NVMe-Ready Guarantee计划，承诺所有FlashArray//M均在设计上提前考虑了NVMe兼容的问题，这些设计包括：

M系列提供了支持热拔插、双端口访问的NVMeNV-RAM
M系列硬盘槽位，均可以兼容NVMe/SAS闪存模块
控制器硬件可以在线升级到支持NVMe的版本
Purity OE软件针对NVMe大高并发，多线程进行了优化:

PureStorage NVMe-Ready Guarantee

而在今年4月份发布的新一代FlashArray//X产品是一个全NVMe的存储产品。自研的DirectFlash模块，提供了支持热插拔、双端口访问的Flash能力；在6月份，PureStorage又对FlashArray//X的前后端的NoF网络进行了更新：前端提供40GE的NoF能力，后端提供了50GENoF的能力，这两个更新预计在2017年年底正式商用。

PureStorage DirectFlash

作为一个新兴公司，PureStorage企图通过在NVMe上激进的创新，构建在这个领域的技术领先形象，从而获取商业上的竞争优势。从目前来看，这个策略是成功的。

EMC – 从领先到落后

在NVMe技术的发展推动上，EMC是业界的先行者。2014年月，EMC以10亿美元收购了DSSD。在2015年的EMCWorld，EMC发布了DSSD D5：5U 144TB rack scale外置阵列、提供千万级的IOPS、100微秒的超低延时和100GB/S的带宽。EMC期望DSSD能在实时数据分析、实时数据库等新兴市场打开新的市场:

DSSD Workload Focus

NVMe是DSSD D5的核心技术：DSSD的主机侧接口采用NVMe PCIe-3接口，应用可以通过DSSD K-V API访问DSSD，绕过操作系统协议栈，获得超低时延。同时DSSD D5提供了基于NVMe PCIe的互联网络（NVMe Mesh），其闪存模块（Flash Module）通过这个网络互联，提供了数千个DIE的并行访问能力和高带宽：

DSSD D5系统架构

EMC对DSSD的收购大大激发了存储市场在NVMe上的创新，随后出现的E8/Apeiron/Excelero等初创公司，都采用了以NVMe为核心的技术路线。

但是，在2016年Dell收购EMC后，EMC面临盈利和产品线整合压力。在此背景下，2017年3月，收入不好的DSSD产品被EMC放弃。虽然EMC宣称DSSD的相关技术将会应用在EMC的其他存储产品，但团队和技术的整合，显然不会是这么容易的事情。（https://www./2017/03/02/dell_cans_standalone_dssd/）。果然，在EMC World 2017上，EMC针对旗下Unity、VMAX-F、XtremIO等产品的更新中，NVMe技术均没有出现。其中，Unity、VMAX-250F、XtremIO升级到12Gb SAS后端，VMAX-950F仍停留在落后的6Gb SAS后端。

除了DSSD被放弃带来的团队和技术整合困难，另一个阻碍EMC提供NVMe的原因是其并不具备自研SSD的能力。而当前市场，尚无可提供企业级双端口访问的NVMe SSD产品出现，EMC需要等待类似产品出现，而非像PureStorage/华为这样采用自研NVMe SSD提供双端口访问能力：

（https://www./2016/12/12/emc_sees_nvme_adoption_taking_off_next_year/）

可以肯定的是，EMC会推出基于NVMe的存储产品。但可惜的是，在全闪存存储奔向NVMe的旅程中，EMC已经落后了。