天下武功，唯快不破

這句話放眼各個領域，仍然都很適用 

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就拿出行來說

如今，高鐵時速已超過350公里

北京到上海只需四個多小時

 

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不坐飛機也能輕松實現當天往返

我們早已習慣在網上購物

而送貨速度快成為大大的加分項

上午下單下午送達的便捷

讓很多消費者欲罷不能

從某種程度上而言

快，就是效率，就是業績，就是競爭力

同樣，這句話放在存儲領域也是如此

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“存儲”對企業的重要性不言而喻。目前，“存儲”已歷經了四代。第一代存儲DAS開放系統直連存儲，第二代SAN共享網絡存儲，第三代統一存儲，第四代全閃存儲。目前廣泛采用的就是第四代存儲。

長江后浪推前浪，一代更比一代強。如今，存儲已經開始朝向第五代進化。

“第五代存儲”

“第五代存儲”這個概念是近日戴爾科技集團在聯合IDC發布的《第五代存儲主力企業數字化轉型》報告中正式提出的。

第五代智能存儲，將成為未來企業級智聯存儲的首選。它將采用“NVMe架構+SCM”這一“黃金搭檔”，大大降低延時，提供前所未有的高性能。

那么，第五代存儲的“黃金搭檔”是如何發力的呢？第五代存儲與現有的第四代存儲有什么區別呢？

我們先來看看第四代存儲的主要特點有哪些：

• 控制器A/A架構：全閃關注在高IOPS場景，傳統的A/P架構在控制器發生故障時，LUN的歸屬需發生切換動作，I/O無響應現象。
• 重刪壓縮：重刪是閃存最基本特性之一，分為Inline和Postline，但對閃存Inline才能體現真正價值。重刪一般分為HASH指紋算法(以SHA-1為例說明，存在碰撞問題)和按字節對比法兩種，逐字節對比可靠性高，但會嚴重影響閃存性能，所以很少使用，只在數據一致性要求非常嚴格的場景下使用。
• SSD接口：由于SSD優異的高隨機IOPS性能、SSD單盤容量變大加上存儲軟件特性加持單TB成本性價比越高，使得近幾年全閃替換混合陣列越來越多。基于硬盤的發展，SSD的接口沿用了部分HDD技術，包含接口技術，現在絕大多數SSD都是采用SATA/SAS接口。
• FLASH分類：NAND Flash可根據Cell儲存bit數據位的不同分為SLC,MLC,TLC，其中MLC還分為eMLC,MLC和cMLC。由于不同類型顆粒結構不同，所有導致了不同顆粒間數據儲存能力，性能和可靠性存在差異。現主流全閃存儲使用eMLC和TLC為主。

如上所述，現有大部分主流全閃存儲繼續使用著SCSI+SAS接口的組合，但是，這個組合在閃存中已經逐漸出現疲態，已經不能滿足一些新的需求。

而與第四代存儲不同的是，第五代存儲采用的是NVMe架構。

那么，NVMe架構有何優勢？

這個問題，我們得從SSD說起。

從SSD到NVMe

SSD存儲介質和接口技術一直處于不斷向前發展和演進的過程。SSD分為幾個階段，第一個階段是SATA SSD或者SATA/SAS SSD為主導，這個階段介質以SLC和eMLC為主。第二個階段是PCIe SSD，PCIeSSD最大的問題是不標準，很多私有化協議各自為政，基于FTL位置不同主要分為Hostbased SSD和DevicebaseSSD。直到NVMe時代才統一了接口和協議標準，在NVMe標準中，和傳統的SATA/SAS相比，一個重大的差別是引入了多隊列機制。

戴爾易安信PowerMax NVMe架構圖

何為多隊列技術？

在原有的AHCI規范中，只定義了一個交互隊列，那么主機與HDD之間的數據交互只能通過一個隊列通信，多核處理器也只能通過一個隊列與HDD進行數據交互。在磁盤存儲時代，由于磁盤是慢速設備，所以一個隊列也就夠用了。

多個處理器核通過一個共享隊列與磁盤進行數據交互，雖然處理器之間會存在資源競爭，但是相比磁盤的性能，處理器之間競爭所引入的開銷實在是微乎其微，可以忽略。在磁盤存儲時代，單隊列有其他的好處，一個隊列存在一個IO調度器，可以很好的保證提交請求的IO順序最優化。

和磁盤相比，半導體存儲介質具有很高的性能，AHCI原有的規范不再適用，原有的假設也已經不復存在，在此背景下NVMe規范誕生了。

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NVMe規范替代了原有的AHCI規范，并且軟件層面的處理命令也進行了重新定義，不再采用SCSI/ATA命令規范集。

在NVMe時代，外設和處理器之間的距離更近了，不再需要像SAS一樣的面向連接的存儲通信網絡。相比于以前的AHCI、SAS等協議規范，NVMe規范是一種非常簡化，面向新型存儲介質的協議規范。

該規范的推出，將存儲外設一下子拉到了處理器局部總線上，性能大為提升。并且主機和SSD處理器之間采用多隊列的設計，適應了多核的發展趨勢，每個處理器核與SSD之間可以采用獨立的硬件Queue Pair進行數據交互。

但實際上，只是有NVMe架構還不夠。縱觀SSD發展，NVMe的出現雖然對接口標準和數據傳輸效率上得到了跨越式的提升，但是存儲介質目前主流還是基于NANDFlash實現。那再往前發展，存儲介質應該怎么發展呢？

答案是SCM(Storage Class Memory)。

SCM+NVMe

第五代存儲的黃金搭檔

SCM具備Persistent Memory介質和NVM(Non-Volatile Memory)介質特性。更重要的是SCM沒有NAND Flash順序寫入和寫前擦除的約束，操作過程更簡單。

SCM介質的在壽命和數據保持能力方面的表現也遠超NAND Flash。基于這些特點，業界普遍認為SCM會成為顛覆存儲系統設計的新一代介質，并優先應用于性能和可靠性要求較高的場景。

Intel/Micron發布3DX(PRAM)之后，各大廠家都加大了SCM介質的投入，從上圖可見，SCM目前的主要應用都是聚焦于填充SRAM和Storage之間的容量和性能GAP。

在寫性能上，NVMe+SCM始終能保持高帶寬低延時的優勢，相較于NVMe Flash其延時能始終低于30us，遠遠低于Flash介質的100us，優勢顯而易見。相對于延時敏感性應用，SCM加持NVMe特性能穩定的保持高IO低延時的性能。

Intel Optane(傲騰)系列硬盤通過實踐證明NVMe和SCM配對時才會顯現更大的存儲優勢，那時數據存儲將會迎來重大飛躍，NVMe的未來屬于SCM。

在這里，就不能不提到戴爾易安信PowerMax。PowerMax重新定義了全閃存儲，完美結合了“NVMe+SCM”這一“黃金搭檔”，助力戴爾易安信引領第五代存儲。

PowerMax憑什么是

第五代存儲的實力擔當

下面我們就來看看PowerMax的四大頂級實力：

1. PowerMax是存儲陣列中的標桿

針對混合工作負載，PowerMax可提供最高1000萬次IOPS（RRH8K）、150GB/s的帶寬和290微秒的可預測的相應時間，從而實現了前所未有的性能級別。

它是為當前和未來的任務關鍵型應用程序而設計的真正的第0層存儲，這些應用程序包括數據庫和應用程序，以及實時分析，它們要求不折不扣的穩定運行時間和極低的IO響應延遲。

憑借每機架500萬次IOPS和每單元（機架單元）12.5萬次IOPS的讀寫速度，PowerMax 8000在企業陣列性能密度方面保持領先。它還支持開放系統與大型機的混合環境；PowerMax 2000作為新一代高端企業存儲的入門級產品，以中端市場的經濟性提供了豐富的數據服務和高可用性。

2. 后端完全采用NVMe并將最終實現端到端NVMe

PowerMax憑借一種未來無憂的端到端NVMe多控制器體系結構提供了前所未有的高性能。推動實現更高級別性能的關鍵在于NVMe，相比SAS協議，它是為新閃存介質而設計的一種高性能協議。

NVMe的架構設計目標是利用現代多核CPU和固態硬盤的平行處理這一理念，以突破為普通硬盤驅動器設計的存儲協議（基于SCSI的協議，如SAS）存在的限制。換言之，采用同樣的NAND SSD閃盤介質，底層采用NVMe協議比采用SAS協議，在性能上有質的差別。

NVMe更大限度地提高了多控制器全閃存陣列的處理能力，而且更重要的是，它通過對存儲類內存(SCM:Storage ClassMemory)的支持，為新一代介質技術的顛覆性創新敞開了大門。SCM將帶來性能的數量級提升，以彌補閃存驅動器與易失性內存(DRAM)之間的性能差距。

PowerMax在技術上已完全支持基于NVMe的閃存，且SCM介質已在戴爾易安信的Roadmap上；當前，PowerMax的后端已完全采用NVMe協議及技術，下一個階段將全面升級至NVMe over Fabric(NVMeoF)提供主機連接，相應的主機與SAN交換機只要配置支持NVMeoF的HBA卡與端口即可最終達到全面的端到端的NVMe架構。

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3. 內置機器學習引擎自動優化數據，遠超傳統存儲分層技術

PowerMax OS是針對新一代介質而優化的存儲操作系統，它借助一個內置的具備機器學習能力的引擎而真正實現了自主存儲。

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與傳統存儲的分層功能相比，前者只是間隔一個時間段后對忙閑數據塊進行不同性能存儲層級的遷移；而內置的機器學習引擎可自動優化數據，可以基于IO特征自動將數據放置在正確的介質類型（閃存或SCM）上，同時基于IO特征判斷是否需要進行壓縮去重。

為實現此目的，它每天平均分析并預測4000萬個數據集，并基于此作出超過60億個決策。該引擎使用預測性分析和模式識別來更大限度地提高性能，而又不會產生管理開銷。

戴爾易安信是一家能夠提供這一智能化級別的公司，當前我們可以跨整個客戶群實時分析超過4250億個數據集，而沒有任何管理開銷。

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PowerMax陣列為簡便性而打造，并基于應用裝置打包提供了Essentials與Pro軟件包，其中Pro軟件包添加了增強的安全性、遠程復制、eNAS、優化以及管理功能。

4. 更高效的線內重復數據消除和壓縮

PowerMax借助最高可實現5:1數據縮減率（平均為3:1）的線內重復數據消除和壓縮、節省空間的快照和精簡資源調配，而提供了極高的效率。

其線內重復數據消除和壓縮功能采用專門的硬件模塊來實現，對性能幾乎沒有任何影響，可與所有數據服務搭配使用，而且是由應用程序打開/關閉的。

不過，需要注意的是，在目前互聯網應用沖擊下，僅僅存儲后端支持NVMe還遠遠不夠，如何保證低延時已不僅僅是存儲的瓶頸，前端主機也必須加持NVMe的特性，這樣才能始終保持IO的穩定性。