La velocidad es el arma definitiva para sobrevivir y prosperar en una competencia feroz. Hoy en día, NVMe ofrece la velocidad más rápida posible para ayudarte a alcanzar tus objetivos.
Diseñado para discos duros, el protocolo SAS tradicional dificulta el rendimiento de los SSD debido a arquitecturas de sistema complejas, una cantidad excesiva de protocolos para analizar y concurrencias de cola limitadas. NVM Express formuló estándares de protocolo NVMe y reemplazó capas de protocolo complejas, como el Programador de E/S y SCSI en el sistema SAS, con el protocolo NVMe liviano. Como resultado, NVMe es una opción más rápida, inteligente e intuitiva para las empresas, lo que se evidencia con su excelente rendimiento en matrices all-flash (AFA).
Huawei ha investigado exhaustivamente los protocolos NVMe, cubriendo únicamente el desarrollo de extremo a extremo de los controladores flash NVMe, los sistemas operativos all-flash NVMe y los SSD NVMe en la industria. Además, gracias a la arquitectura NVMe con colaboración entre el controlador de disco, el almacenamiento all-flash NVMe garantiza una latencia estable de 0,5 ms.
Arquitectura: SAS vs. NVMe
Los AFA basados en NVMe superan a los AFA basados en SAS, pero la pregunta sigue siendo: ¿cómo?
En primer lugar, en la capa de transmisión, los AFA basados en SAS entregan E/S desde las CPU a los SSD a través de las siguientes rutas:
Paso 1: Las E/S se transmiten desde las CPU a los chips SAS a través de los enlaces y conmutadores PCIe. Paso 2: Las E/S se convierten en paquetes SAS antes de llegar a los SSD a través de los chips de conmutación SAS.
Ruta de transmisión: SAS vs. NVMe
En el caso de los AFA basados en NVMe, las E/S se transmiten desde las CPU a los SSD a través de los enlaces y conmutadores PCIe. Las CPU de los AFA basados en NVMe se comunican directamente con los SSD NVMe a través de una ruta de transmisión más corta, lo que genera una mayor eficiencia de transmisión y una menor latencia de transmisión.
En segundo lugar, en la capa de análisis de protocolos de software, los AFA basados en SAS y NVMe difieren en gran medida en las tecnologías de interacción de protocolos para escrituras de datos. Una solicitud de escritura de datos completa requiere 4 interacciones de protocolo en el protocolo SCSI (conectadas a través del back-end de SAS); sin embargo, el protocolo NVMe requiere solo 2 interacciones de protocolo para completar una escritura.
Análisis de protocolos: SAS vs. NVMe
En tercer lugar, en la capa de encapsulación de protocolos, cuando se utilizan pilas de protocolos SAS, las solicitudes de E/S se envían desde dispositivos de bloque y llegan a los SSD a través de enlaces SAS después de la encapsulación de dos capas (protocolos SCSI y SAS). Sin embargo, cuando se utilizan las pilas de protocolos NVMe, las solicitudes de E/S requieren la encapsulación de solo una capa (protocolo NVMe). Las pilas de protocolos NVMe simplificadas reducen los costos de encapsulación en un 50%, lo que reduce el consumo de CPU y la latencia de transferencia de E/S causada por cada encapsulación.
En cuarto lugar, en la capa de concurrencia de múltiples colas, el protocolo SAS admite una sola cola, mientras que el protocolo NVMe admite hasta 64 K colas, y cada cola admite un máximo de 64 K comandos simultáneos. El protocolo NVMe de múltiples colas funciona mejor gracias a un mayor procesamiento de concurrencia y una mejor cooperación con múltiples canales y múltiples matrices en los SSD.
En quinto lugar, en la capa del mecanismo de bloqueo, la programación SAS de cola única debe estar bloqueada en el entorno de múltiples núcleos. Huawei diseñó un mecanismo de programación de E/S para NVMe para cancelar por completo el mutex a nivel de disco en las rutas de E/S originales y evitar conflictos de procesamiento de E/S. Este mecanismo permite aprovechar al máximo el procesamiento simultáneo de procesadores de múltiples núcleos, reduce los gastos generales de software y mejora el rendimiento del procesamiento de back-end. En la programación de E/S, varios subprocesos trabajan con múltiples colas para lograr un rendimiento óptimo.
Programación de E/S del sistema NVMe
En sexto lugar, en la capa de optimización del sistema operativo, los sistemas operativos de almacenamiento diseñados para flash innovan los algoritmos de coordinación del controlador de disco.
Sé estable, sé perfecto.
Debido a las ventajas mencionadas anteriormente, es probable que los clientes que elijan o creen un nuevo protocolo de almacenamiento se sientan atraídos por los numerosos beneficios del protocolo NVMe. A pesar de ofrecer un rendimiento excelente nunca antes visto en la industria, el protocolo NVMe presenta nuevos desafíos para el diseño de discos y sistemas.
- Puertos PCIe duales no nativos. La tecnología de redundancia de controlador dual se utiliza en el almacenamiento empresarial para garantizar la confiabilidad del sistema. Sin embargo, la tecnología de puerto dual basada en PCIe es un desafío para los diseños de SSD. Actualmente, los SSD de algunos proveedores no utilizan puertos PCIe duales nativos. Por ejemplo, los SSD NVMe de Intel utilizan puertos PCIe duales implementados a través de los conmutadores PCIe internos. Estos atajos tecnológicos inevitablemente reducen la confiabilidad del sistema.
- Conexión en caliente PCIe tradicional con bajo rendimiento. Los SSD NVMe comerciales deben admitir reemplazos sin interrupciones. Sin embargo, la conexión en caliente PCIe tradicional, en particular la conexión en caliente inesperada, genera una mala experiencia del usuario debido a excepciones del sistema e interrupción del servicio.
- La fiabilidad de los datos garantiza la presión. Como se utilizan discos de gran capacidad, grandes cantidades de datos exigen una mayor fiabilidad.
- Diseño de confiabilidad entre sitios complicado. El diseño de confiabilidad para puntos de almacenamiento únicos ya ha sido cuestionado. La confiabilidad entre sitios será la misma.
Como una de las marcas líderes en desarrollar con éxito AFA estables, Huawei continúa mostrando sus capacidades, evidentes en más de 1000 historias de éxito de NVMe all-flash.
En primer lugar, en la capa de interfaz, los SSD NVMe de Huawei admiten la tecnología nativa de doble puerto, con dos enlaces PCIe 3.0 x2 independientes. Esto proporciona una base de hardware para la recuperación y las excepciones del sistema, y garantiza la redundancia de doble controlador, lo que ayuda a mejorar la confiabilidad del sistema para las empresas.
En segundo lugar, en la capa de conexión en caliente, Huawei es un experto en la industria de las telecomunicaciones, especialmente en lo que respecta a la gestión integral de enlaces PCIe, la tecnología de resolución de problemas de PCIe y la tecnología de conexión en caliente. El controlador PCIe está diseñado para admitir la extracción de SSD en cualquier momento y de cualquier manera, lo que proporciona confiabilidad del sistema PCIe de extremo a extremo si se reemplaza un solo disco o se produce una falla.
Diagrama de extracción de SSD NVMe
En tercer lugar, en la capa de protección de datos, la innovadora tecnología de software RAID-TP de Huawei se basa en el algoritmo Erasure Code (EC). Los bits de paridad admiten 1, 2 y 3 dimensiones y pueden tolerar de 1 a 3 fallos simultáneos de disco. Esto significa que en caso de que se produzcan tres fallos de disco, el sistema no sufrirá pérdidas de datos ni interrupciones del servicio. Actualmente, solo los productos de Huawei, NetApp y Nimble pueden tolerar fallos simultáneos de tres discos; otros proveedores (como Dell EMC, HDS e IBM) no pueden hacer esta afirmación.
Aunque NetApp y Nimble pueden tolerar fallas simultáneas de tres discos, ambos utilizan una arquitectura RAID tradicional con discos de datos fijos y discos de repuesto en caliente. Para estas empresas, la reconstrucción de un disco de repuesto en caliente para 1 TB de datos lleva 5 horas. OceanStor Dorado emplea un sistema de virtualización global capaz de reconstruir los datos en tan solo 30 minutos para cumplir con los requisitos en perfiles de capacidad ultragrande.
En cuarto lugar, en la capa de protección de datos entre sitios, el almacenamiento all-flash NVMe de Huawei ofrece tecnologías de protección de datos integrales, como instantáneas, clones y replicación remota, para ayudar a los clientes a crear una solución de protección de datos jerárquica desde centros de datos locales o dentro de la ciudad hasta centros de datos remotos. Huawei es un miembro revolucionario en la implementación de una solución activa-activa sin puerta de enlace en el almacenamiento all-flash.
Sigue la tendencia, prepárate para el futuro
El almacenamiento tradicional en discos duros tiene una latencia de más de 10 ms debido al largo tiempo de búsqueda. Sin embargo, los SSD reducen el 50 % de la latencia del sistema de almacenamiento a aproximadamente 5 ms mediante el uso de tablas de mapeo electrónico.
Los controladores de almacenamiento tradicionales suelen ofrecer los mismos sistemas operativos a pesar de las diferencias en el formato de los discos duros, lo que significa que es conveniente utilizarlos incluso cuando cambia el tipo de disco. Sin embargo, muchos de los HHD y los sistemas operativos posteriores se han vuelto redundantes. Es por eso que Huawei lanzó AFA, como Pure Storage y OceanStor Dorado V3. Diseñados para SSD, estos AFA reducen eficazmente la latencia del sistema de almacenamiento a menos de 1 ms.
En el futuro, los medios de almacenamiento más rápidos serán sin duda el próximo paso para muchas empresas que buscan capitalizar los métodos de almacenamiento innovadores. Estos son los beneficios de utilizar tecnologías modernas. Existe una gran brecha de rendimiento de 2 a 3 órdenes de magnitud entre las DRAM y las SSD NAND, y aún más entre los SCM y las DRAM. El almacenamiento all-flash que utiliza SCM tiene una latencia baja a 250 μs, lo que garantiza una respuesta de servicio más rápida.
Los SCM aceleran el almacenamiento all-flash de Huawei
Además de la aplicación NVMe en los SSD PCIe locales, NVM Express también lanzó la especificación NVMe over Fabrics en junio de 2016. La nueva especificación permite utilizar NVMe sobre diferentes tipos de estructuras, como RDMA y FC, lo que puede proporcionar soluciones de alto rendimiento para el acceso remoto a los SSD y eliminar las barreras de uso compartido de recursos entre los SSD locales.
Huawei utiliza NVMe over Fabrics para compartir completamente los recursos SSD y ofrece un diseño de red de 32 Gbps FC y 100 GE full-IP para la conexión de red front-end, la conexión de gabinete de disco back-end y la interconexión de controlador de escalamiento horizontal. Estas funciones reducen la latencia del almacenamiento y simplifican la administración de la red de almacenamiento mediante el uso de un sistema IP para controlar todo el centro de datos. Este diseño evita la planificación y el protocolo de red complejos, optimiza la implementación del centro de datos y reduce los costos de mantenimiento del centro de datos.
Huawei admite la solución NVMe Over Fabric E2E
Se introducen nuevos medios SCM para mejorar aún más el rendimiento del sistema. Con NVMe over Fabrics, los recursos SSD se comparten por completo y las interfaces NVMe front-end optimizan las arquitecturas de hardware y software. ¿Está listo para construir el almacenamiento all-flash más competitivo? Entonces piense en Huawei.
