PowerStore Storage配备全新一代硬件平台 专为数据而生 硬件平台专题（二）

作者：戴尔科技中国研发集团 陈曦、黄青智

 

 

在上一篇文章中，我们对于Dell Technologies 最新的存储产品PowerStore有了一个初步的介绍。并且从PowerStore各种机型的不同配置入手，了解了其是如何站在巨人的肩膀上，基于前一代的存储产品完成硬件配置的升级的。在本篇文章中，我们将继续PowerStore的硬件之旅，了解PowerStore是为何能被称为下一代存储系统，以及其具体使用了哪些存储 “黑科技” 。

 

下面让我们一起进入今天的探索旅程。

 

维新，与时俱进

随着大数据时代的到来，海量的数据已经渗透到当今社会的每一个行业和业务职能领域，成为重要的生产因素。大数据与技术爆炸相结合，使得无论什么规模的企业都有机会实现弯道超车，完成颠覆性的改变。

伴随着机遇同时也带来更大的挑战，数字化转型对于任何一家企业来说都是非常复杂并具有挑战性的。为了给企业业务端提供更高级别的简易性和敏捷性，IT需要使企业的本地存储部署能同云存储一样具备运营灵活性，使其具备更强的适应性、更高的人工智能水平，最终使其能与自身不断发展的现代管理体系相匹配。

 

在企业进行IT转型的过程中，在数据管理方面节约的每一秒钟都意味着可以将更多的时间用于企业业务运营方面上。高速闪存以极低的数据延迟改变了存储领域的游戏规则，但是日新月异的应用更新和数据需求无不在对存储设备提出更高的要求。

为了满足客户不断提升的对于存储性能、容量和抗风险能力的需求，PowerStore利用作为存储级内存 (SCM)的端到端NVMe【1】和双端口英特尔® 傲腾™ 固态存储硬盘 (SSD)等新一代创新技术，再配合PowerStore对于数据引擎全面彻底的革命性更新，可将实际工作负载的 IOPs提高 7 倍【2】，并将延迟降低到 1/3【3】（基于戴尔对 PowerStore 9000 与 Unity XT 880 的比较分析）。

因此PowerStore是能满足客户近乎所有需求的新一代存储架构，以确保能够在未来面对更高要求的数据应用时持续发挥作用，使企业级存储设备有更长的生命周期。

 

接下来我们将通过一系列全新存储技术的介绍，从硬件角度理解PowerStore是如何降低延迟并提高IOPS的。

1.端到端NVMe 【1】

虽说与普通硬盘相比，闪存驱动器已经显著提升了存储性能，但通过使用 SATA/SAS 接口连接的闪存驱动器在 I/O 并行化处理方面会受到不利影响，而这将最终影响到它们提供的性能。这些接口是针对于传统硬盘驱动器设计的，而无法给高速闪存介质提供优质快速的数据传输通道。

NVMe 协议是专门针对非易失性高速闪存介质而开发的。帮助实现高性能和低延迟的关键功能特性包括：NVMe 大幅增加了可运行的并行 I/O 操作的数量，实现了闪存介质到主机 CPU 的精简连接；更简单的软件堆栈减少了 CPU 开销及I/O 处理时间。

NVMe协议的这些功能特性不仅可以支持提升处理现有应用程序的速度，还可以支持更多要求实时处理能力更强的新应用程序。另外，通过在更小的占用空间中处理繁重的工作负载，NVMe 阵列可以降低 TCO (Total Cost of Ownership)。

 

PowerStore作为Dell Technologies最新推出的存储产品，其2U基础机箱是一个全NVMe平台，可以支持包括NVMe SSD，NVMe SCM和NVMe NVRAM的各种NVMe驱动器。

在PowerStore 2U基础机箱前端共配置了25个硬盘插槽，其中插槽0到插槽20支持NVMe SSD和NVMe SCM存储硬盘。而插槽21到插槽24这四个槽位是专门为NVMe NVRAM驱动器预留的，其被用作系统的附加写缓存。根据系统配置需求的不同，PowerStore会配备两块或四块NVMe NVRAM驱动器来提升系统性能。

除了采用NVMe全闪存存储，PowerStore另一项重要提升是在未来NVMe over Fabric (NVMe-oF) 前端连接将作为无中断升级提供给用户，最终实现端到端的NVMe，彻底发挥NVMe低延迟高性能的特性。

特别的，此处的NVMe-oF 旨在解决随着传输规模和距离的增加依然需要维持高性能传输的问题。它的标准定义始于2014年，最初提出了一个使用光纤通道 (Fibre Channel) 的标准。

与此同时，远程直接内存访问（RDMA）的传输准则也被制定。它这些传输可以包括任何 NVMe RDMA 技术，如 RDMA 通过融合以太网 （NVMe/RoCE），（NVMe 通过InfiniBand (NVMe/IB) ，互联网广区RDMA协议（NVMe/iWARP）。

 

2. SCM（Storage Class Memory）

这些年，在存储技术领域，一直在研发找寻新型存储介质旨在填补NAND以及DRAM之间的空隙。SCM（Storage Class Memory），即存储级内存便应运而生，成为目前非常热门的一种新的存储方式。SCM同时具备持久化（Storage Class）和快速字节级访问（Memory）的特点。SCM 存储驱动器可以提供类似DRAM的高性能，同时也可以拥有NAND闪存的持久性，并且因为读写时没有NAND 闪存的顺序写入和写前擦除的约束，操作过程更为简单。

同时，SCM介质的在寿命和数据保持能力方面的表现也远超NAND Flash。通俗一点解释来说，就是SCM的存储速度尽量接近内存，但是其存储容量尽量接近SSD。基于它的这些特点，业界普遍认为SCM会成为颠覆存储系统设计的全新一代存储介质，并会优先应用于对于性能和可靠性要求较高的场景。可以说，SCM的加入对于现有的存储系统将会有一个大的冲击和变革。

 

“PowerStore SCM 由双端口英特尔® 傲腾™ 技术提供支持，可带来数量级的性能提升，从而弥补闪存驱动器与易失性内存 (DRAM) 之间的性能差距。英特尔® 傲腾™ 技术集低延迟、高耐用性、高服务质量和高吞吐量等优势为一体，可以帮助客户部署规模更大、性价比更高的数据中心数据集。”

Dell Technologies与英特尔强强联合，共同开发出未来十年的企业级存储介质。SCM存储级内存为目前和未来的高价值、高要求的工作负载提供了出色的性能和整合水平。

3. NVMe NVRAM 驱动器

在PowerStore中，除了NVMe SSD和NVMe SCM外，还有另一种比较特殊的驱动器 ——NVMe NVRAM。在PowerStore的基础机箱前端为这种特殊的驱动器预留了4个专属槽位，就是因为其在整个存储中起到的特殊作用。

 

NVMe NVRAM驱动器是一种双端口的，用于增强PowerStore缓存系统的超高性能驱动器。双端口驱动器意味着存储系统的两个控制节点都能进行访问，并允许系统轻松地进行写缓存的操作。NVMe NVRAM驱动器包含动态存储介质，可以通过PCIe通道实现 与DRAM一样的速度，为系统提供卓越的写缓存性能。

这种驱动器内部的设计允许使其作为非易失性存储介质使用，PowerStore可以快速地储存系统的输入写操作，并将结果快速反馈给主机而无需等待数据镜像到另一节点。

 

NVMe NVRAM驱动器另一重要作用就是在意外情况下保证数据安全。在驱动器内部将一块持久性闪存存储结合在了2.5英寸的NVMe NVRAM转接卡上并与存储系统中自带的电池相连接。在系统外部因意外或极端情况发生断电时，驱动器可以实现将用户的关键数据转移到持久性闪存存储中的功能。在任何情况下都能够保证用户的数据存储安全性。

与传统掉电保护方式相比，NVRAM驱动器具有热插拔的特性，更便于更换和维护，并且其掉电保护电路涉及器件更少，使其设计成本和可靠性都更具有优势。

 

结束语

在本篇文章中，我们继续了对于PowerStore硬件的探索之旅。从下一代存储介质入手，介绍了在PowerStore中使用的黑科技是如何提高工作负载的IOPS和降低延迟。

关于PowerStore的探索旅程并没有到此为止，在后续的文章中我们将继续了解其丰富多样的IO模块以及是如何灵活地实现容量扩展和集群化来满足用户的多种需求的。

参考

【1】– 当前提供的初始 PowerStore 版本仅包括基础设备中的 NVMe 驱动器支持。在未来版本中，现有 PowerStore 设备上的 NVME-oF 将作为无中断升级提供。

【2】– 此数据根据戴尔对 PowerStore 9000 4x 群集和运行 70/30 随机读/写混合的 Unity XT 880 上的 IOPS 的比较分析。（基于8K 数据块大小，激活压缩和重复数据消除功能，2020 年 3 月测试）实际结果可能有所不同。

【3】– 此数据根据戴尔对 PowerStore 9000 与 Unity XT 880 的延迟的比较分析。（基于300K IOPS，8K 随机，70/30 读/写混合，激活压缩和重复数据消除功能，2020 年 3 月测试）实际结果可能有所不同。