浪潮自研NVMe SSD技术解析

近年来，随着NAND Flash市价不断下跌，SSD的价格随之下降，闪存成本的降低拓宽了高性能SSD的使用范围。其中浪潮存储自主研发的NS系列NVMe SSD凭借其极致能效、极致稳定、极致可靠的三大优势，帮助新数据时代各行业用户应对纷繁业务，是各企业级NVMe SSD中极具性价比的选择。

技术实力      

浪潮存储自主研发的NS6510G1和NS6610G1 企业级主流SSD自上市以来凭借高性能、低售价广受客户青睐，目前已助力分布式存储SPC-1、浪潮InCloud Rail SPECVirt达到全球第一。顺序读写3300/1700MB/s，随机读写570/160k，延时83/14，平均无故障工作时间260万小时，达到业界领先水平。 凭借其优异的成本控制与设计优化，相对而言浪潮NVMe SSD甚至拥有与SATA SSD比肩的价格，同时其性能又优于SATA盘数倍，时至今日已经成为各种体量的企业搭建数据存取矩阵的最佳载体。

相关方案    

新数据时代下，企业客户需要处理的数据大量且种类复杂，除一般业务数据外，还需要处理视频、图片、各类电子文档组成的非结构化数据。与之对应的，各类数据的挖掘、智能分析、交易、决策等活动又会产生众多的次生小数据，这些都对服务器的数据吞吐性能提出了挑战，单纯的SATA SSD逐渐难以满足，越来越多的客户将目光转向性能更强，表现更稳定的NVMe SSD。 与SATA SSD相比，NVMe SSD的高性能主要体现在I/O性能和延时两个领域。一方面，当数据从存储传输到服务器主机时会进入一行或队列。SATA SSD连接只能支持一个队列，一次只能接受32条数据，NVMe SSD 则最多可以支持64000个队列，每个队列有64000个条目。

另一方面，NVMe SSD的标准时面向PCIe SSD的，使用原生PCIe通道与CPU直连可以免去SATA与SAS接口的外置控制器（PCH）与CPU通信所带来的延时。在软件层面，NVMe SSD标准的延时不到AHCI的一半，调用命令时不需要读取寄存器；而AHCI每条命令需要读取4次寄存器，消耗8000次CPU循环，造成大概2.5μs的延时。企业级NVMe SSD以性能著称，在快速处理数据的场景下，2.5μs影响的是客户体验，对业务的影响远超2.5μs的字面数据。虽然硬盘本身价格上的鸿沟造成了昂贵的方案成本，但浪潮自研NVMe凭借对NAND特性的极致挖掘，实现了成本的极致优化。
同时，在构建数据冗余阵列时，借助专门服务于企业级NVMe的intel VROC（Virtual Raid on CPU）技术，可实现直接在PCIe通道上高效组建Raid，无需额外配置存储控制器，极大节约了Raid成本，与单盘成本优化相结合，最终使浪潮自研NVMe的数据盘方案极具竞争力。

在服务器领域，SATA SSD使用范围更广、体量更大，但在性能方面读写更慢，且SATA协议已经定型，不能再进行后续更新。基于此，浪潮提出两种SATA替换方案：Trimode方案和VROC方案。Trimode方案基于RAID卡实现，能支持Windows、Linux等多种系统，但一次最多使用4张卡，更改背板后最多使用8张卡。在上联带宽上存在瓶颈，PCIe3.0 ×4或×8。在此基础上，同等情况下价格更高，多块NVMe同时运行时无法发挥SSD的全部性能。VROC方案所对应的成本更低，与SATA接近，在另一方面，NVMe SSD 无上联带宽瓶颈，PCIe协议可持续更新，因此可以充分发挥SSD的性能。           数据对比      

RAID 0，一种把连续的数据分散到多个磁盘上存取的数据的存取方式，代表了所有RAID级别中最高的存储性能。

经典的RAID 0场景由8块960G的SATA SSD和8i的2G内存组成。在将RAID 0经典配置中的8块S4510 SATA SSD替换为4块浪潮自研的1.92T NS6510G1 NVMe SSD之后，可以得到对应的VROC方案，再16i的4G内存加持下，也可以得到4块RAID卡的Trimode方案。除了单盘性能对比之外，也可以明确：在具体的场景下NVMe SSD的表现更佳，尤其是VROC方案，能在成本上升不到20%的前提下性能提升2.2-11.2倍。

类似的，在性能、安全和成本兼顾的RAID 5场景上，浪潮NVMe SSD同样表现优异。Trimode在提升性能1.8-4.9倍的情况下价格上升约30%，而VROC在提升性能1.3-8.9倍的情况下价格上升不到20%。值的一提的是，在各种场景下，VROC方案在性能表现可与Trimode方案媲美甚至更优的情况下，价格一直更低，而且不用受RAID卡供应的限制。

根据NSG Forecasting预测，SATA/SAS市场份额正在持续被PCIe挤压。到今年年底，PCIe的市场份额将占85%以上，在PCIe强大的市场竞争力下，未来SATA/SAS SSD一定会向NVMe SSD逐步切换。从这个角度上讲，如果能率先进行NVMe SSD的部署，就能在竞争中保持业务的先进性，让自己的业务领先于对手。 浪潮NVMe团队自2016年开始技术预研，由业内专家组建专业团队。在公司资源平台的有力支持下，经过6年的磨砺，团队核心人员近百，涵盖软硬件开发、测试、认证安全的产品开发全过程，目前团队可通过全自主硬件的设计开发实现端到端的产品交付，为客户创造更高的价值。

编辑：黄飞