NVMe SSD性能那麼好,都誰在玩?


NVMe SSD性能那麼好,都誰在玩?


2020年“新基建”徹底火了,中央會議特別指出,中國要加快5G網絡、數據中心、人工智能等新型基礎設施建設進程。

事實上,“新基建”的發展始終離不開數據存儲的高效支撐作用,在雲計算、大數據、數據中心、人工智能等應用領域中,數據存儲的性能表現帶來了重要的影響。然而,每一次存儲性能的“標誌性”提升,必然離不開存儲介質與硬盤的推陳出新。

隨著NVMe SSD產品與市場發展的逐步成熟,也正在帶動企業級SSD更為廣泛地深入到用戶關鍵應用領域。來自全球存儲觀察的分析認為:在數據中心用戶與企業級用戶的“雙重”應用推動下,在存儲芯片廠商3D NAND製造工藝進步與產能提升的情況下,2020年將成為NVMe SSD的發展大年。

提前佈局,再次激發NVMe SSD市場活力

更進一步分析來看,

在全球SSD領域中,有兩股明顯的力量,正在加快數據存儲行業的變革。

一股力量就是企業級SSD逐漸成為硬盤市場主流之選,已經開始超過傳統的高性能機械硬盤HDD的市場總容量和總出貨量;

一股力量就是NVMe SSD在PCIe 3.0的帶動下,存儲性能得到極致發揮。在加速數據存儲性能更佳發揮的同時,也推動著數據中心大規模服務器應用場景用戶和企業級用戶關鍵應用場景的未來創新與發展。

自NVMe SSD進入市場到現在,存儲芯片大廠如三星電子、SK海力士、英特爾、美光科技、鎧俠、西部數據WD等,一直不斷加速NAND迭代升級,對於96層3D NAND的產能推進與積極出貨,必然會加速SSD相關廠商獲得進一步的產品創新。

就美光科技的3D NAND發展趨勢來看:

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美光科技的3D NAND發展趨


在推動NAND在單位面積容量增長的努力上,96層3D NAND獲得了業界的認同。美光科技96層3D NAND量產在2019年實現,2020年將會進一步加強,必然會牽動SSD廠商產品格局變化。96層3D NAND與64層3D NAND並駕齊驅的量產,也帶給SSD廠商更多的供貨選擇。

顯然,在全球大趨勢下,3D NAND供應2020年將從64層切入到96層,由於存儲芯片廠商技術迭代,升級工藝降低成本,SSD廠商也需要提前導入96層3D NAND。構建64層3D NAND和96層3D NAND的SSD產品豐富性,可以降低SSD產品本身發展可能面臨NAND產能供應鏈的挑戰。

當然,對於3D NAND堆疊技術上的創新,帶來單位面積容量增長的同時,帶給SSD更高性能的提升也備受關注,這也是SSD廠商產品創新的源泉之一。

更為關鍵的是來自數據中心與企業級用戶對於SSD在性能與容量上的需求變化,往往是加速SSD廠商提前卡位,實現產品升級的最大源動力。

就在NAND供應商與用戶應用需求的雙重因素作用下,Memblaze憶恆創源的PBlaze5 920系列也在2020年陽春三月正式在中國市場發佈。

在96層3D NAND採用上提前佈局,再次激發了NVMe SSD的市場活力。

全球存儲觀察阿明在與Memblaze產品總監朱磊溝通中發現,2020年,Memblaze的發展策略非常明確,採取PBlaze5 920系列與PBlaze5 910系列組合上陣,在加速自身NVMe SSD產品創新與性能優化的同時,應對存儲芯片供應和NAND工藝迭代的變化。

與PBlaze5 910系列對比來看,PBlaze5 920系列採用的SSD主控不變,3D NAND採用最新的96層3D eTLC NAND新品。雖然是一手組合牌的策略,但也包含了Memblaze有意讓PBlaze5 920系列逐步替代PBlaze5 910/916系列的現實想法,畢竟3D NAND與SSD的技術進步勢不可擋。


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Memblaze PBlaze5 920系列企業級NVMe SSD


PBlaze5 920系列NVMe SSD擁有U.2接口2.5英寸硬盤及半高半長插卡兩種形態,最高容量達7.68TB。PBlaze5 920系列包括PBlaze5 D920, PBlaze5 C920, PBlaze5 D926以及PBlaze5 C926 4組SKU。

此外,Memblaze還擁有為打造綠色數據中心設計的低功耗雙端口SSD PBlaze5 510/516系列,不同系列有針對性的組合,從而實現了高性能和高效能的SSD產品格局。豐富的“組合牌”打出來,當然也是贏得企業級SSD市場創新地位的有力保障。


產品更新迭代,不僅性能要“好”更要“穩”

“在PBlaze5 910系列應用過程中,通過與眾多用戶的溝通交流,一些好的SSD優化功能的想法,在PBlaze5 920系列上立馬實現了。” 朱磊表示。

很顯然,Memblaze的SSD產品迭代與技術迭代並肩而行,往往每一次產品優化,都最先蘊藏在用戶具體的應用實踐過程中。

PBlaze5 920系列NVMe SSD提供高達5.9GB/s順序讀帶寬和97萬讀IOPS性能,同時讀/寫延遲低至90/12μs。不過,性能強健的同時,當前用戶更多的訴求是SSD性能與應用的穩定。

之前發佈的PBlaze5 910/916系列高性能 NVMe SSD,提供高達6GB/s讀帶寬和100萬IOPS讀性能,延遲讀/寫87/12μs、88/11μs。如果只從性能IOPS和讀/寫延遲的參數來看,PBlaze5 920系列SSD似乎和PBlaze5 910/916系列略有差距。但Memblaze通過GC算法和效率的改進,PBlaze5 920的隨機寫性能比PBlaze5 910整體提升了40%,比如3.84TB從100K提高到140K IOPS,3.2TB從 200K 提高到280K IOPS。對於客戶應用而言,總體性能改善顯著。

此外,對於當前的SSD企業級用戶來說,可靠性也是其更為關注的地方。

通過對PBlaze5 910/916系列的長期實踐與推廣,Memblaze發現市場對大容量SSD需求依然偏少,即便偶爾有用戶有大容量SSD需求,也可以藉助PBlaze5 910/916系列的15.36TB產品來滿足。因此,從客戶應用需求的考慮,Memblaze希望能在容量和性能之間做到最佳平衡。

整體來看,中國的企業級SSD用戶已經比較成熟,對於大規模應用的用戶來說,非常強調業務應用穩定性的保障,導入SSD新品需要的時間週期比較長,基本需要幾個月的時間來回測試與驗證。

依據DWPD,5年每天全盤寫入次數測試上來看,PBlaze5 920系列SSD壽命符合當前市場主流需求。在Memblaze看來,SSD壽命與成本需要一個平衡,SSD更新換代很快,3DWPD壽命標準即“每天整盤寫入3次,壽命為5年”的要求目前算是業界用戶最高的,因而從1DWPD到3DWPD的壽命區間基本可以滿足當前所有企業級SSD用戶的需求。PBlaze5 D920, PBlaze5 C920屬於1DWPD壽命標準;PBlaze5 D926以及PBlaze5 C926屬於3DWPD壽命標準。

在針對SSD穩定性與可靠性上,最令企業級用戶領域關心的是針對SSD的數據保護上,PBlaze5 920系列增強了掉電數據保護、熱插拔、全路徑數據保護、S.M.A.R.T、靈活功耗管理等功能。

Memblaze與3D NAND供應商美光科技有著技術上的前期合作,PBlaze5 920系列從初始就對數據保護做了專業的測試,通過自己開發的工具增強掉電數據保護、熱插拔等功能。

最值得關注的是,PBlaze5 920系列對比910/916系列產品有著三大創新功能的實現。


創新功能一,在線固件升級。

這個功能對於大規模部署的數據中心用戶來說,帶來的好處立竿見影。

之前的固件升級Reset需要用戶停止文件系統,升級完畢後再重啟應用。Memblaze在SSD固件升級上的技術創新,通過模塊切分,對用戶應用基本無感知。“升級中斷1秒到2秒IO,這對於目前部分企業級存儲用戶要求IO中斷時間小於4秒的要求來說,有著應用無感知的在線固件升級的體驗。”朱磊進一步補充說道。

在線固件升級功能,不僅保障了企業關鍵業務連續性,同時也降低了大規模部署NVMe SSD的數據中心運維/升級複雜度, 企業用戶也無需停止業務或關閉系統,即可完成固件升級操作,也進一步降低了IT系統運維難度以及運維成本。

創新功能二,可變Sector Size管理。

這個功能英文全稱為Viable Sector Size,業內簡稱VSS,中文名也叫活性扇區大小。VSS技術在保證高一致性能前提下,進一步保證存儲系統和分佈式文件系統對數據可靠性的高要求。

英特爾Intel的SSD P3600之前宣稱也支持活性扇區大小管理功能,但後來的SSD產品基本就放棄了;目前三星的SSD還有支持活性扇區大小管理功能。

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Memblaze PBlaze 920系列 VSS功能


擁有可變Sector Size管理功能的SSD,帶來更好的性能優化。比如在航天設備裡面,不可避免發生靜默數據錯誤,甚至由爆炸恆星(超新星)產生的宇宙射線引起,如在控制器、DRAM上發生Bit快速翻轉。為此VSS在HOST主機端發出一個PI信息,任何靜默錯誤在SSD內部都可以檢查出來。VSS功能除了傳PI信息,還有附加功能,也可以傳元數據,Memblaze的VSS技術可以在用戶業務應用下發一個IO,同時可攜帶8字節或者64字節的元數據。這對存儲系統開發帶來更好的IO性能優化,減少IO請求次數。


創新功能三,基於命名空間的性能配額管理。

這個功能英文全稱即Quota by Namespace, 利於保證業務IO訪問優先級,實現應用場景的優化與擴展。

“面對企業多業務混合場景,PBlaze5 920系列NVMe SSD支持最高創建32個命名空間,並進一步提供基於命名空間的性能配額管理功能,企業用戶可以自主限定非關鍵業務所在命名空間的吞吐能力,保證關鍵業務所在命名空間的QoS。與此同時,32個命名空間都有獨立的key對數據加密隔離以保障每個命名空間中業務數據安全。”

其實,這就是一種命名空間的定製化優化,對於雲廠商非常適用,雲廠商會採用多個SSD廠商產品,在一個存儲池裡面靈活調度不同廠商的SSD產品,Memblaze SSD通過Quota by Namespace功能可以限制SSD的性能,給雲廠商提供使用不同SSD Vendor優化性能差異的方法。

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Memblaze PBlaze 920系列 Quota by Namespace功能


SSD的隨機寫性能變化一直是雲廠商所頭疼的問題,對客戶來說SSD的隨機寫從SSD FOB狀態到轉換狀態到穩態需要一個較長時間的過程,Memblaze SSD可以通過比如設置寫帶寬在600Mb/s以內,使得SSD從空盤到穩態的隨機性寫性能保持一致,這樣雲計算廠商的客戶可以有一致的存儲性能體驗。

通過在Memblaze PBlaze5 920系列上創建不同的Namespace,對負載較低優先級的任務的Namespace加以Quota性能配額限制,可以保證高優先級任務的Namespace享有更多IO資源。比如對優先級低的命名空間對讀帶寬限制在1GB/s,業務應用沒有達到1GB/s的性能,那麼所有命名空間性能都不受限制,一旦超過1GB/s帶寬那麼優先級低的命名空間就自動降下性能,這樣不會對優先級高的命名空間的性能有過多影響。

可見,基於命名空間的性能配額管理避免了SSD之間的性能差異,對於大容量SSD內部不同優先級的Namespace提供了設定方法,利於區分不同業務的存儲訪問優先級。

此外,眾所周知,NAND閃存顆粒是有擦寫壽命的,在優化SSD壽命方面,SSD擦寫損耗的管理非常重要。PBlaze5 920系列NVMe SSD支持企業級TRIM功能,可以減少磁盤擦寫操作,延長固態硬盤的FLASH壽命。

TRIM功能可以減少寫放大,但開啟TRIM功能會對前端IO響應帶來阻塞,PBlaze5 920系列實現每秒鐘8TB的速度,開啟TRIM功能對於前端IO影響非常小。

對於用戶來說,打開TRIM功能,文件系統會受到區塊大小限制,隨機寫過程中避免了SSD搬遷無效數據。

對於雲用戶來說,SSD雲盤空間不會只屬於一個用戶使用,通常是多個用戶在使用,開啟TRIM功能後,雲用戶讀數據提升了安全性。PBlaze5 920系列靈活高效的設計保障NVMe SSD可以在不影響業務運行前提下完成TRIM操作,保證雲計算環境下多用戶訪問的數據安全性,同時降低寫放大,優化提升業務性能,增強SSD壽命。


從NAND到存儲系統到雲,生態合作舉足重輕

作為國內領先的企業級NVMe SSD產品提供商,Memblaze2011年成立開始,專注技術創新的同時,就一直非常注重生態合作的創新共贏,並與阿里巴巴、百度、騰訊、浪潮、戴爾、聯想、中科曙光、英業達、同有科技、宏杉科技、Micron美光科技等國內外企業,構建了“從NAND到存儲系統到雲”合作伙伴的長期穩定關係。

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Memblaze構建了“從NAND到存儲系統到雲”合作伙伴的長期穩定關係


畢竟,Memblaze推出的PBlaze系列企業級SSD能夠在數據庫、虛擬化、雲計算、大數據、人工智能等領域獲得廣泛應用,與其積極建設的生態體系不可或缺。良好的生態合作伙伴關係,助力Memblaze已為互聯網、雲服務、金融、電信等行業超過600家企業

,提供穩定可靠的高速存儲解決方案,並實現了成功落地。

一方面,任何一個SSD產品提供商都離不開與國際NAND大廠長期保持深入的技術合作。從SSD存儲芯片底層出發,Memblaze不斷實現SSD的性能與可靠性的優化。與此同時,Memblaze也一直關注國產NAND發展。未來Memblaze也希望與國產NAND廠商構建新的合作伙伴關係,共同打造高質量高可用的SSD產品。畢竟,從NAND到SSD本就是一個比較長的研發、驗證和市場接受的過程。

另一方面,從當前企業級SSD應用情況來看,NVMe SSD容量主流目前處於3.2TB到7.8TB之間,對於存儲系統和互聯網廠商的需求已經有著成熟的滿足。不過,SSD的性能優化也需要和存儲系統和互聯網廠商相互之間的深度合作。

對於產品合作策略上,Memblaze現在針對數據中心大規模服務器應用場景用戶和針對企業級用戶關鍵應用場景用戶的銷售推進上,Memblaze一直堅持雙管齊下的舉措。

不過,NVMe SSD接受程度高的還是數據中心用戶,包括雲廠商、互聯網廠商、移動/電信/銀行數據中心、以及傳統企業級用戶互聯網化的業務領域等。

特別是阿里巴巴、騰訊、百度、字節跳動、Facebook、Amazon、Google等為代表大規模數據中心用戶,在數據存儲新技術應用與接受方面更為積極。

傳統存儲系統廠商對於NVMe SSD的採用上,相對謹慎和保守一些。目前,中國的全閃存陣列廠商還處於發展的初期階段,需要一定時間的努力與追趕。

即便如此,Memblaze依然十分看好分佈式存儲系統和集中式存儲系統針對NVMe SSD創新與應用。

長期以來,Memblaze在存儲系統廠商產品研發階段,就一直處於共同開發的關係,特別是在SSD與存儲系統之間的適配性方面不斷實現新的進步。比如存儲系統廠商要求單節點內部的SSD支持雙端口,大部分傳統存儲系統廠商認為鏈路訪問冗餘設置非常有必要。互聯網廠商對雙端口支持的要求不強烈,而互聯網的分佈式架構可以避免此類傳統集中式架構的問題。就此,Memblaze NVMe SSD依然全部支持雙端口,滿足存儲系統廠商對採用NVMe SSD對普遍要求。

因此,從NAND到存儲系統到雲,Memblaze在NVMe SSD對生態合作上,長期堅持創新共贏的發展策略。這必然成為助推

PBlaze5 920系列這樣的新品快速進入市場,成功落地各個行業的堅實基礎,也推動著企業級NVMe SSD產品提供商為企業數字化進程加速貢獻更多的力量。

(by Aming)

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文章來源:Aming,全球存儲觀察,著作權歸作者所有。商業轉載請聯繫作者獲得授權,非商業轉載請註明出處。本文和作者回復僅代表個人觀點,不構成任何投資建議。

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【阿明】:科技評論專欄作者、科技媒體從業22年、新聞評論年產出上百萬字,用數據說話,帶你看懂科技上市公司。



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