尹微:拥抱高速介质的企业级存储新技术

2018全球存储半导体大会上,同有飞骥研发中心规划管理部总监尹微发表了题为《拥抱高速介质的企业级存储新技术》的主题演讲。

围绕推动企业级存储创新的推动力,尹微进行了详细的分析和梳理。他表示,现有的新应用和新负载带来的是基于大数据的大数据。基于现有的原始数据产生新的数据即元数据,它会在任何时间任何地点产生,且持续运行,永远是热数据。企业对数据的全新需求,也势必会推动存储的变革。新应用,新架构和新的介质,推动着整个存储行业架构的软、硬件交替更新,从而推动了全闪存行业的发展。

此外,尹微还介绍了同有科技在高速介质方面的实践。

同有飞骥研发中心规划管理部总监尹微

以下为速记内容,未经演讲人确认:

首先做一下自我介绍,本人是同有飞骥的研发总监,主要负责分布式存储研发和云计算存储研发。今天我为大家来介绍一下同有飞骥公司在拥抱高速介质这一块的新技术研究。我特意没在这里提到闪存,因为高速介质不仅局限于闪存,还有其他的介质。今天,我主要从三个方面进行介绍。

首先讲一下企业级存储的创新,存储创新背后存在一些推动力,具体有哪些推动力呢?首先从介质上讲,过去的很多年里,计算、网络都经历了快速的发展,比如CPU从很早以前几百GB的频率,发展到后面的3G、4G、多核,网络也是从十GB发展到几百GB。但我们存储却是一直被垢病的,在2011-2012年发生了巨大的变革,很多的初创存储公司,在闪存的助力下,存储有了很大的提升。最近一两年,一个新的介质——SCM(Storage Class Memory)出现了。它又分为两个派系,第一个派系是相变存储,比如IBM的一个技术;另外一个就是英特尔和镁光,他们合作研发了一款叫做3D Xpoint。

接下来,我首先为大家介绍所有这些介质的特点,以及我们做存储系统要怎么用?

首先我们看传统的旋转型磁盘,这里有一些非常乐观的参数,比如SAS是最新的3.0的参数,最小I/O的大小,队列深度,延迟,IOPS,如果一直上电,也许3年就坏掉了。还有NAND闪存,到现在的3D NAND,我们看到其实有很大的提升,最小I/O单位变成了4K。我们知道很多时候IT的发展,往往是新旧变革的发展,所以意味着当一个新技术发生的时候,我们新的软件硬件的升级,还要相应的去支持已有的技术。

SCM介质具体使用有两种方式,第一做NVMe SSD,第二是NVRAM,他们的区别是,一个是4K字节访问,还有一个1-2字节,从而决定了他们到底是做主存储,还是内存。另外一个是DRAM,对存储的要求主要是持续存储。五年以前,国外初创公司主推NAND闪存,带来了性能的快速提升。那么,最近两年SCM的出现,将会带来软件的变革。这两类的高速介质,将会推动我们企业级的存储交替地进行硬件和软件的相关更新。

刚才讲的高速介质的第一推动力,第二推动力是网络。

FC-NVMe和NVMe-Of为企业SAN端到端的赋予了全栈低延迟和高并行的特性。FC-NVMe有一个特点,它本身支持DMA直接内存访问。直接在基于FC协议通道之上,再加上NVMe,可以帮助客户保护现有投资,同时实现单个HBA同时支持NVMe和SCSI。2012年,也出现了类似的技术,比如思科推出的FCoE。

第二类是我们经常看到的NVMe Over Fabric,它也是一个基于RDMA的技术,也就是说它是一个基于以太网的技术。因此,在驱动方面有所欠缺,目前只针对Linux,而云环境是则基于Linux。最后,它还可以实现SCSI到NVMe的低延迟和高并行。

第三个分析,就是具体每一块盘。目前现有的盘,大部分都是SAS或SATA通道的SSD。如果实现了PCIe接口之上,其潜能可以更快地发挥出来。

存储位于整个IT系统的底层,包括网络、计算,如何让存储更加重要,更加有价值呢?我们知道存储的发展其实有很多全新的概念出现,如大数据、人工智能等。大数据这个概念2011年由麦肯锡提出,人工智能也是很多年就有。我的观点是,现有的新应用和新负载带来的是基于大数据的大数据。如今,以物联网,社交网络为代表的应用需求巨大,如果将他们转换为代码来看,可将他们分类为管理、操作、非结构化、AI Apps四类。这些数据都是基于现有的原始数据产生新的数据,不断的产生新的数据,即元数据,它会在任何时间任何地点产生,而且一直在运行,永远是热数据。这些新的需求,也会推动存储的变革。

下面我们看另外一个需求,以最近国内发生的安全时间为例来看,如果要做好中国人自己的存储,一定要做好自己的自主可控。“自主可控”是一个生态,从闪存颗粒,到盘、主板,再到国产CPU、操作系统,再到网络。如何做到完全国产化,我相信同有就是这个颠覆者和破局者,推动整个产业的发展。

下面,我为大家介绍同有科技在高速介质方面的实践。首先,我们存储支持闪存和SCM。闪存方面,我们支持NVMe SSD和NVRAM。如何应用呢?我们会在同一个存储系统里面,把NVMe SSD主要用于海量数据的存储,因为他的最小字节是4K;在处理需要以字节为单位的大数据时,我们会将它放在NVRAM里。

而针对这些介质,也势必要做一些软件上的创新,才可进行很好的支持,从而为应用服务。以上您看到的所有全闪存技术都已经产品化了。

此外,同有科技在高速介质方面还实现了端到端IO路径优化,应用支持下沉,全国产研发落地。

最后,我们再看看同有科技真正落地的存储产品有哪些刚才讲到了高速介质,最终还是要用的,我们的全闪存分两个产品系列。第一个是同有NetStor NCS全闪存阵列产品系列。既支持经典的工业接口FC、iSCSI、IB,也支持NVMe-oF接口RoCE, RoCEv2,iWARP。软件方面,支持CPU多核心软件优化,NVMe软件栈优化。单个BBU最低时延低于200微秒 ,单个BBU可达400万IOPS、15GBps带宽。该产品具备了传统的企业级的功能。

另外一个是同有的分布式产品,NetStor NCS10000闪存分布式产品系列。它支持多种先进的技术。它的分布式主要变现在:

  1. Active-Active iSCSI Target:解决了并行访问的问题;
  2. 高性能文件并行访问接口:每core可实现5万IOPS;
  3. 亿级小对象秒级检索;
  4. 在线实时新增元数据(for AI);
  5. 验证过的10亿级小文件(4KB-40KB)实时处理。

所以说,闪存和SCM带来的不仅仅硬件、介质或者是存储参数上的变更,其实它解决了诸如大数据,时时AI,语音业务等以前无法解决的问题。有了新介质以后,我们从一些软件架构和内核上进行修改,从而解决更多新的东西。这也是因为一些新应用,新架构和新的介质,推动着整个存储行业架构的软、硬件交替更新,从而推动了全闪存行业的发展。

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