非揮發性記憶體儲存裝置規格——NVM Express (NVMe)從最初由工作小組構思為單一標準,至今發展成為規格持續擴展中的生態系統,已經取得了長足的進展。

NVMe的範圍不斷擴大,包括擴展至支援乙太網路和光纖通道的NVMe Over Fabrics (NVMe-oF),顯示它已經能夠讓廣泛的裝置和系統受益,而不僅用於支援固態硬碟(SSD)的資料中心。從長遠來看,NVMe還可望成為有效利用「儲存級記憶體」(storage class memories;SCM)的關鍵元素,而非快閃記憶體(Flash)。

Enterprise Strategy Group資深分析師Scott Sinclair認為,NVMe幾乎可以不受太多限制地為自己找到一席之地。「鑑於普遍對於性能的需求,很難想像有什麼NVMe無法為其提供價值的領域。這只是一個成本的方程式。當成本持續降低,NVMe將可應用於更多的場合。」他說:「預計再過一、兩年,NVMe將可能成為Flash的初始設定。」

無論應用於何處或不管SCM是否採用,Sinclair認為,NVMe的最大優勢在於它讓Flash技術大幅縮短了儲存I/O的延遲。它更經常作為應用加速,但也可用於提升工作負載整合。他說:「然而,真正改寫遊戲規則的是支援NVMe-oF的外接儲存系統數量。同時,這也讓外部的企業儲存陣列帶來NVMe的低延遲優點。」

Sinclair說,過去幾年來在NVMe規格方面的擴展也很顯著。「如果少了NVMe-oF,那麼低延遲的優點仍然將僅限於伺服器。」因此,它讓IT組織得以享受外部儲存系統的管理、整合和特性等優勢,同時兼具NVMe級的性能。

NVMe Spec

多年來,NVMe規格家族不斷壯大,如今的重點之一擺在簡化和釐清基本規格的核心。(來源:NVM Express)

Sinclair說,在大多數情況下,NVMe幾乎與Flash SSD形影不離,但是關於如何釋放其他SCM潛力的討論也很多,例如英特爾(Intel) Optane。他說:「NVMe將使Flash儲存受益,但也將為採用儲存級記憶體的應用鋪路。」實際上,這至關重要,而且NVMe-oF更將有助於簡化這些應用導入。「利用儲存級記憶體的市場趨勢與渴望也將有助於推動NVMe over fabrics的採用。」

NVM Express董事會成員J Metz表示,NVMe的許多新用例仍處於萌芽期。「NVMe可說是主機與目標之間進行通訊的另一種典範,同時也是許多不同想法的起源。」他說,從超大規模業者(hyperscaler)到一般消費者,每個人都開始意識到他們不再需要一對一的關係,而是多對多的關係。「而且在某些情況下,你會看到有些公司專注於新興的運算儲存,這表示可以將運算和記憶體移動到系統的不同位置。我們目前正處於這一技術能真的落實的開始階段。」

Dell EMC產品行銷副總裁Caitlin Gordon表示,NVMe是一種邁向終極目標的手段,而其終戰就是SCM (Optane SSD期待的結果)。「您可以擁有這種快如閃電般的媒介,但目前還無法存取並從中獲得好處。」她將NVMe視為企業儲存的4K視訊。「如果您的儲存陣列支援NVMe,就會感到溫暖而舒適。但你經常使用它的機會可能很小。」就像4K如何開始創造真正的內容一樣,NVMe即將發展到更多人開始需要的爆發點。

同樣地,意識到目前尚未法充分利用NVMe潛力的組織正大力投資於未來,期望為SCM做好準備。Gordon說:「這確實可讓您的投資發揮最大效益,真正達到提升性能的顛覆性。它就像投資於一種你知道是專為滿足你現在到未來需求而設計的架構。」她說,這種投資保障尤其適用於NVMe-oF,因為儘管主機環境可能尚未準備就緒,但如果您打算升級光纖通道基礎架構,就有必要投資NVMe-oF就緒的設備。

Dell EMC對於NVMe的看法來自企業儲存的觀點,但NVMe並不僅限用於資料中心。Virtium行銷副總裁Scott Phillips說,在英特爾、美光(Micron)和三星(Samsung)等大廠的推動下,工業客戶正開始思考該技術帶來的種種好處。他說,就像企業儲存一樣,其潛力就在於低延遲和消除瓶頸,能夠為工業系統帶來明確且實際的影響。「但是,SATA仍然非常強大。它具有更好的相容性、較低的功耗、支援人們喜歡的多種尺寸,因此SATA發展態勢仍然十分強勁,預期在未來五年或更長時間內還將持續強勁發展。」

Phillips說,在工業領域中有幾家轉向NVMe的公司開始尋求Virtium的小尺寸入門級SSD,這顯然不是資料中心所要求的性能級。「工業應用中有很多是單執行緒或者可能同一時間支援4執行緒,絕對不是典型的資料庫應用需要的。」

Virtium_StorFly M.2

NVMe並不僅限於資料中心;Virtium最近在其StorFly工業級SSD系列中添加了採用小型M.2介面的高性能NVMe硬碟。(來源:Virtium)

Phillips說,更小的尺寸和更低的性能要求意味著降低功率,因而將限制熱的產生——這種熱可能箝制NVMe性能並造成傳輸中斷。「工業客戶可不能接受傳輸中斷,他們需要極其穩定的性能。」Virtium因此支援工業溫度(I-Temp),讓硬碟在-40℃~85℃的環境中實現耐久性,進一步降低箝制NVMe性能的熱產生。

NVMe可廣泛地應用於各種環境和系統中,除了記憶體和SoC公司以外,還有許多其他不同的公司也在進一步發展,顯示NVMe不僅僅是針對特定硬體領域的介面。Metz說,隨著NVMe的發展,事情變得有機起來了。「它變得有一點複雜,或者說肯定是比過去更加複雜了。」

因此,NVM Express試圖簡化規格。「我們一直在做的是取得一些功能性和特性集,並試圖找出構成核心技術的關鍵。」基本規格及其附件已經就緒。「我們正在嘗試簡化這一規格,以便業界在需要嘗試找出如何打造理想的NVMe解決方案時,可以輕鬆地根據基本規格來確定絕對需要的東西。」

編譯:Susan Hong

(參考原文:Is Storage Class Memory the NVMe Endgame? ,by Gary Hilson)