2024年6月6日发(作者：沙千柳)
NVMe推动PCIe与闪存紧密结合
当闪存时代到来，数据中心的存储会是以什么形式存在呢？磁盘时代毫无疑问，
磁盘阵列是数据中心存储的主要组成部分，在磁盘阵列的组织下，大量磁盘可以
并发工作，满足应用对存储性能的需求。但是闪存不一样，闪存代表的是更简单、
高效、高性能的存储。要达到这个效果，接口和接口走的协议是非常重要的一环，
SCSI/SAS的一套体系显然是无法充分发挥闪存性能的，可以预见的是
PCIe/NVMe是闪存的未来。本文也将围绕PCIe/NVMe来谈下闪存的未来。
针对磁盘可以说SAS是一个非常优良的接口，在其设计之初就将数据怎样
写进磁盘进行了全面的考虑，通过HBA卡组织多块硬盘方便的组织在一起形成
一个完整的存储池，另一方面SAS的接口带宽已经发展到了12Gb/s，而且当
下随着光纤SAS技术的发展，其在存储阵列中的应用也越来越多，可以说SAS
是磁盘完美搭档。但是SAS的体系架过于复杂，对于追求高性能而且可靠性比
磁盘高的多的闪存来说SAS自然并不是一个好选择，这就催生了固态硬盘接口
从SAS/SATA向PCIe的转换，但是出现的新问题是物理接口转换到PCIe之
后，那么数据传输协议使用什么呢？
LSI之前的做法是在PCIe闪存卡中加入一个SAS控制器进行转接，这种
做法将闪存产品的形态快速的从固态硬盘转向了PCIe闪存卡，但是从根本上讲
这依然是一个SAS固态硬盘。PCIe闪存卡需要的是一个新的高效、简洁而且
能发挥其高性能的协议标准，之前Fusion-io为代表的闪存初创公司也做出了努
力，但是其标准并不开放，所以并没有受到广泛的重视，就在这样一个背景下
NVMe就在这种背景下被设计出来，简单说来NVMe规范了PCIe闪存卡存储
数据的协议标准，使得PCIe成为了更优秀的硬盘接口。
从上图可以直观的看出从应用到闪存盘的过程中，到NVMe驱动器的路径
要比到SAS驱动器的路径短，简化的路径缩短了数据传输的中间环节。NVMe
相对于SCSI/SAS的延迟上的降低是非常明显的。
上图直观的展示了PCIe/NVMe的优势，在4K随机读/写负载中，
PCIe/NVMe带来6倍于6Gb/秒SATA的吞吐量提升。在队列深度设为128
时，4K全读负载的IOPS将近50万。而这对于SAS/SATA都是无法做到的。
所以未来主机端PCIe闪存卡将是一个Tie0层存储的最佳选择。
2024年6月6日发(作者：沙千柳)
NVMe推动PCIe与闪存紧密结合
当闪存时代到来，数据中心的存储会是以什么形式存在呢？磁盘时代毫无疑问，
磁盘阵列是数据中心存储的主要组成部分，在磁盘阵列的组织下，大量磁盘可以
并发工作，满足应用对存储性能的需求。但是闪存不一样，闪存代表的是更简单、
高效、高性能的存储。要达到这个效果，接口和接口走的协议是非常重要的一环，
SCSI/SAS的一套体系显然是无法充分发挥闪存性能的，可以预见的是
PCIe/NVMe是闪存的未来。本文也将围绕PCIe/NVMe来谈下闪存的未来。
针对磁盘可以说SAS是一个非常优良的接口，在其设计之初就将数据怎样
写进磁盘进行了全面的考虑，通过HBA卡组织多块硬盘方便的组织在一起形成
一个完整的存储池，另一方面SAS的接口带宽已经发展到了12Gb/s，而且当
下随着光纤SAS技术的发展，其在存储阵列中的应用也越来越多，可以说SAS
是磁盘完美搭档。但是SAS的体系架过于复杂，对于追求高性能而且可靠性比
磁盘高的多的闪存来说SAS自然并不是一个好选择，这就催生了固态硬盘接口
从SAS/SATA向PCIe的转换，但是出现的新问题是物理接口转换到PCIe之
后，那么数据传输协议使用什么呢？
LSI之前的做法是在PCIe闪存卡中加入一个SAS控制器进行转接，这种
做法将闪存产品的形态快速的从固态硬盘转向了PCIe闪存卡，但是从根本上讲
这依然是一个SAS固态硬盘。PCIe闪存卡需要的是一个新的高效、简洁而且
能发挥其高性能的协议标准，之前Fusion-io为代表的闪存初创公司也做出了努
力，但是其标准并不开放，所以并没有受到广泛的重视，就在这样一个背景下
NVMe就在这种背景下被设计出来，简单说来NVMe规范了PCIe闪存卡存储
数据的协议标准，使得PCIe成为了更优秀的硬盘接口。
从上图可以直观的看出从应用到闪存盘的过程中，到NVMe驱动器的路径
要比到SAS驱动器的路径短，简化的路径缩短了数据传输的中间环节。NVMe
相对于SCSI/SAS的延迟上的降低是非常明显的。
上图直观的展示了PCIe/NVMe的优势，在4K随机读/写负载中，
PCIe/NVMe带来6倍于6Gb/秒SATA的吞吐量提升。在队列深度设为128
时，4K全读负载的IOPS将近50万。而这对于SAS/SATA都是无法做到的。
所以未来主机端PCIe闪存卡将是一个Tie0层存储的最佳选择。