當某一種技術找到自己的舞台時,就已經算是成功了。一場專門針對NVM Express (NVMe)技術的開發者大會即將在明天展開,預計這將有於鞏固整個產業對於NVMe主控制器介面和儲存協議在過去一年達到爆發點的共識。

市場研究機構Coughlin Associates創辦人Thomas Coughlin說:「今年是NVMe重要的一年。到了明年,我們將會看到大部份新產品採用NVMe。」

Coughlin解釋,這包括採用NVM Express Over Fabrics (NVMe-oF)較新規格的產品,甚至還有一些採用NVMe的硬碟產品。他並補充說:「它看起來就像是一種通用的儲存架構。」

NVMe的主要優點之一在於該介面釋放了固態硬碟(SSD)中的快閃記憶體(flash)性能,在此之前,這部份的性能一直受到專為自旋磁碟設計的架構限制。但是,Coughli認為,SATA介面也並不至於因此而快速消失。他說:「目前還有很多的技術架構仍持續獲得人們的支持。」

Coughlin表示,越來越多的客戶和企業應用紛紛使用NVMe,期望不僅能充份利用flash的性能,同時也善用其他記憶體級儲存技術,如3D Xpoint和其他新興技術。同時,NVMe-oF將有助於較傳統的儲存技術能夠持續用於可發揮之處。

Coughlin指出,該標準的另一特點是能夠使用NVMe管理介面(NVM Express Management Interface;NVMe-MI),將管理任務從SSD移至主機。這一作法正伴隨運算儲存的概念逐步發展中,特點是當處理能力被置於儲存裝置本身之際。 Coughlin認為NVMe在這方面也扮演著重要角色,正如最近由儲存網路產業協會(Storage Networking Industry Association;SNIA)旗下運算儲存技術工作組(Computational Storage Technical Work Group)正進行中的任務。

NVMe Feature Roadmap 2014-2019

2018年對於NVM Express組織來說是相當忙碌的一年,他們陸續更新了NVMe-MI介面和相對較新的NVMe-oF規格,預計這些新規格將在明年備受關注

根據NVM Express Inc. 總裁Amber Huffman介紹,第一版NVMe規格於2011年發佈,後來加入了NVMe-MI用於統一管理裝置和NVMe-oF;在可預見的未來,NVM Express組織還將大力推動這項任務。NVMe規格支援所選擇的架構,無論採用乙太網路還是Omnipass等,都可以利用穿隧協議端對端地利用NVMe。Huffman表示,相較於PCIe在以單一機盒連接十幾台裝置時的性能表現不佳,NVMe-oF則可以輕鬆連接資料中心的數千台裝置。

Huffman表示,NVMe-oF 1.1版將於明年初推出,除了RDMA和光纖通道外,其中將包括一個TCP層,可以使用InfiniBand、乙太網路或Omnipass。而在加入TCP後,目前有許多供應商就算投資於缺少RDMA功能的網路介面卡,也可以利用NVMe-oF。

準備好隨時接受挑戰

隨著時間的進展,第一版NVMe規格逐漸增加了更新的功能——如1.2版即時韌體更新以及1.3版的清理功能,這些功能其實在SCSI和SATA中已經很常見了。隨著NVMe 1.4版將於明年年中推出,預計還將增加IO確定性(IO Determinism),以確保整個網路和儲存之間緊密且一致的延遲。同時,新增的管理規範還提供了管理裝置機箱的能力。

Huffman表示,NVMe的目標在於隨時準備好接受挑戰,開放地接受與適應新技術,如新興的儲存級記憶體3D Xpoint和Optane等。隨著SD卡協會(SD Card Association)持續推廣SD 7.0,該組織開始採用NVMe以擴展性能。她說,該組織自成立以來的目標始終在於確保NVMe作為一個針對未來儲存類存記憶體實現最佳化的介面。

在針對各版本NVMe規格進行各種更新和擴展的過程中,互通性(interoperability)一直是關鍵。隨著NVMe的進展,每年舉辦兩次的NVMe插拔測試大會(NVMe Plugfest)也在不斷進展中。最近剛剛落幕的第十屆互通性大會不僅包括相當成熟的傳統NVMe SSD測試,還結合了NVMe管理介面和NVMe-oF等新測試項目。

美國新罕布夏大學(University of New Hampshire)互通性實驗室(InterOperability Laboratory)資料中心技術資深工程師David Woolf表示,今年有許多人對利用TCP進行NVMe概念驗證深感興趣,包括不同供應商之間的各種互通性測試。Woolf說:「我們試圖確保在Plugfest進行的測試遵循規格要求,目前在這方面顯然有一點落後。」

儘管NVMe協議在設計之初即考慮到flash,但它與控制器背後的記憶體類型是無關的。Woolf說,這意味著從NVMe一致性的角度來看,相同的協議測試也適用,不過,產品的性能和延遲可能各不相不同。但他表示,儘管測試結果可能相同,但隨著NVMe規格變得更加複雜並且添加更多功能,測試也變得越來越複雜了。例如,為了適應NVMe 1.3的變化,至今已添加了更多測試。

最終,NVMe技術發展藍圖引導著Plugfest活動。Woolf說:「目前已有一些關於開放通道類型硬碟和運算儲存的討論。但這畢竟還是相當遙遠的事情。當這些事情開始落實於規格與批准後,我們希望被有人知會我們將其添加至測試中。」

隨著NVM Express更加關注於NVMe-oF,測試任務也隨之而來,因而也確保了它能在實際場景中有效地部署。

NVMe 1.4

計劃於明年發佈的NVMe 1.4將支援IO Determinism功能,讓主機將SSD視為許多小型的子SSD,並在每個子SSD上平行處理IO注

美光科技(Micron Technology)一直是NVMe-oF的先驅廠商,已經在去年年初發佈的標準上更超前一步進展。美光的SolidScale架構專為低延遲、高性能的運算和儲存資源利用訪而設計,專用於解決資料中心CPU利用不足的問題,特別是由於部署在應用伺服器中的NVMe SSD平均使用不到50%的IOPS和容量。

超越炒作週期

美光科技NVMe產品線經理Cliff Smith表示,企業和雲端客戶基礎仍是該公司產品的主要採用者。「今年我們已經見到有許多大規模的雲端客戶,他們採用SSD或元件形式耗用了相當多的flash。」

這種市場吸引力來自於從SATA SSD轉向NVMe SSD的帶動。同時,企業客戶基礎則受到戴爾(Dell)、惠普(HP)和聯想(Lenovo)等廠商在其伺服器中添加新技術的引導,而像亞馬遜(Amazon)或微軟(Microsoft)等雲端企業則擁有整個堆疊,因而能夠更快地採用NVMe。

Smith表示,NVMe已經超越了市場炒作週期,現正積極的整合中,部份原因在於現有的大型儲存供應商已經併吞了許多創新的新創儲存公司,這些公司一開始就使用all-flash陣列,以軟體導向的方法利用NVMe硬碟。同時,超大規模企業和大型企業客戶也已經實施了這些技術。

儘管3D Xpoint商業化和英特爾最近大力推動Optane,美光的解決方案仍堅持使用其基於NAND的NVMe產品線。Smith表示,3D Xpoint將會被認為更像是記憶體,而不是用於NVMe介面的另一備選技術。

Smith說:「我們的想法是,儲存級記憶體是另一層,在這一層中除了DRAM以外,還會有2到4個機架。您可以讓資料更接近處理器,這對於深度學習和機器學習類型的演算法非常有意義,因為您將會有一個特定的資料集需要保留在快取中。我們可不想在NVME匯流排上執行儲存級記憶體。」

編譯:Susan Hong

(參考原文:NVMe Hits a Tipping Point,by Gary Hilson)