基于架構的NVMe將顛覆數據中心存儲

John Edwards

通過在網絡架構上提供高速和低延遲存儲功能，基于架構的NVMe（NVMe over Fabric）有望進一步提升要求苛刻的應用程序的性能。本文介紹了一些你應該了解的相關內容。

令人非常吃驚的是，基于架構的快速非易失內存（NVMeoF）有可能成為固態硬盤（SSD）推出以來最具顛覆性的數據中心存儲技術，有望進一步提高快速擴展的存儲陣列的性能。

基于架構的NVMe設計用于通過網絡架構實現高速和低延遲的NVMe SSD技術。目前可實現三種基本的NVMe架構：基于光纖通道的NVMe、基于遠程直接內存訪問的NVMe，以及基于TCP的NVMe。

自NVMe SSD出現以后，存儲速度得到了極大的提升，但是這些器件仍然通過基于SCSI的主機連接與服務器進行通信，這是一種功能強大但過時的技術，最早可以追溯到20世紀80年代。技術研究公司IDC基礎設施系統、平臺和技術部的研究副總裁Eric Burgener解釋說：“我們需要的是通過某種方法，使得從服務器上的CPU到網絡，直至采用NVMe SSD構建的存儲陣列都能夠使用NVMe協議。NVMeoF就是在交換架構上運行NVMe協議的這樣一種方法。”

與前代不同，NVMeoF是專門為固態介質開發的。Burgener指出：“它甚至不能與硬盤驅動器（HDD）一起工作，但是與SCSI相比，它可以讓你更好地充分發揮固態介質的所有優勢。”

惠普企業（Hewlett-Packard Enterprise）的存儲首席技術官Jeff Kimmel認為，“各種NVMeoF版本提供的介質延遲和每千兆字節的IOPS比當前基于固態的存儲系統高出幾個數量級，更不用說HDD了。基于SCSI的SAN協議在固態存儲方面性能非常好，但在延遲和資源效率方面仍有改進空間。”

更高的吞吐量、更低的延遲

聯想數據中心集團存儲主管Stuart McRae預測，隨著服務器功能的增強和全閃存陣列存儲速度的加快，存儲架構將成為阻礙最佳端到端性能的瓶頸。他說：“NVMeoF將提高應用程序和網絡的性能”，并指出轉向采用NVMeoF的用戶在吞吐量上將提高2倍，而延遲降低52%。

NVMeoF還為外部存儲模塊JBoFs （Just a Bunch of Flashes）中的NVMe SSD的匯集和共享開辟了道路。Kimmel介紹說：“把外部NVMe驅動器與低延遲、高效率的架構結合起來，然后訪問它們，可以用共享資源替換服務器連接的內部SSD。這種模塊存儲分解技術發揮了僅限于通過光纖通道或者iSCSI SAN連接的共享存儲陣列的優勢。”

存儲網絡行業協會董事會成員J Metz認為，NVMeoF是一項許多IT領導都很難掌控的技術。他指出：“很長一段時間以來，數據中心存儲確實在增長——學習新界面，學習新管理方法，或者學習一種新的盒子。”不過，NVMeoF是不同的。它改變了IT領導對計算功能和存儲功能之間連接方式的看法。Metz說：“以前通常是一對一的關系，而現在這種關系可能是多對多的。”

基于架構的NVMe應用

毫不奇怪，對應用的性能和延遲非常敏感的企業將從NVMeoF中獲益最多。McRae說，主要的用例包括數據庫、分析應用程序、安全應用程序（例如，面部識別）和交易處理。他說：“例如，一個大型數據庫對外部存儲進行查詢或者交易，其響應時間需求是即時的，那么這將受益于NVMeoF。”

依賴超高性能數據庫的企業，如華爾街交易員，尤其期待NVMeoF。這些企業通常渴望采用性能最好的技術，而不考慮成本。Burgener說：“如果他們能使系統運行得更快，從每秒處理1000個交易增長到每秒5000個交易，那么他們就能賺更多的錢。”

然而，很多常規應用將很少甚至無法從NVMeoF中受益。McRae說：“并非所有的應用都需要低延遲、高吞吐量的性能。實例包括備份/存檔、視頻存儲和傳統的文件服務。”

另一方面，即使要求較低的應用也有可能在NVMeoF的支持下捆綁在一起，運行起來變得更快、響應更迅速。Burgener指出：“這就是我所說的‘通用混合工作負載整合。”

Metz預測：“有了基于架構的NVMe，未來幾年會出現一些非常有創意的想法。”

消除對基于架構的NVMe的誤解

與很多新興技術一樣，NVMeoF對很多企業來說還是個謎，特別是那些通常對現狀感到滿意的企業。例如，很多IT領導認為遷移到NVMeoF的成本將是非常昂貴的。McRae認為事實并非如此。他觀察到：“最終，這項技術將成為所有企業購買產品的標準，每個人都能受益。今天，這種功能在很多交換機中都是標準的，因此部署它并不需要額外的成本。”

另一種誤解是，NVMeoF可以作為神奇的子彈，幾乎可以解決任何與速度有關的問題。Burgener指出：“如果您的應用程序運行緩慢，而您購買了性能更高的存儲陣列，那么只有在存儲成為問題的情況下才能使應用程序運行得更快。如果您已經在一個系統中運行了SSD，那么與使用HDD時相比，存儲出問題的可能性要小得多。”

NVMeoF的確存在一個缺點，那就是NVMe巨大的功耗。

Burgener指出：“人們不得不考慮耗電問題。”NVMe設備比基于SCSI的SSD的功耗高得多。他指出：“如果企業的數據中心已經在接近其最大功率預算的情況下運行，那么，即使遷移到NVMe后占地空間會減小，但卻可能會超出電力預算。”

基于架構的NVMe的規劃和準備

隨著NVMeoF注定成為主流技術，IT管理人員現在應該開始進行規劃了。

Kimmel說：“成功地在產品中部署NVMeoF需要一個強大的生態系統來支持應用需求，而不僅僅是去實現一種協議。從機遇的角度來看，NVMeoF是數據中心體系結構發生重大變革的催化劑。”