Ожидание стремительно растущего рынка твердотельных накопителей на основе PCIe четко продемонстрирует объем усилий организаций органов стандартов, позволяющих заменить существующие каналы хранения PCIe.
PCI традиционно является важной частью экосистемы хранения, начиная задолго до развертывания текущего серийного стандарта PCI Express (PCIe). Шина и ее последующие стандарты были в значительной степени использованы в качестве основы для компьютерной индустрии, особенно для систем хранения, поэтому не было неожиданностью, когда PCIe был быстро принят на этом рынке, поскольку модель программного обеспечения позволила использовать существующие приложения плавно, предлагая масштабируемость и значительное улучшение производительности с меньшим размером платы.
Сегодня PCIe используется во всех основных продуктах хранения для:
- Совокупные устройства хранения данных
- Подключите подсистемы связи к подсистемам хранения
- Предложить пути средней плоскости или объединительной платы для устройств хранения и серверов хранения
- Включить отказоустойчивость, резервирование и зеркалирование систем хранения
Сегодня на рынке хранилищ идет революция, и благодаря сильному проникновению на современные платформы хранения PCIe имеет хорошие возможности для расширения своей роли. С ростом производительности и производительности процессоров подсистемы хранения стали узким местом из-за латентности, связанной с носителями с вращающимся диском (HDD). Когда энергонезависимая память (FLASH) предложила создать постоянную память с гораздо более высокой производительностью и меньшей задержкой, родилась категория хранения твердотельных накопителей (SSD). Несмотря на то, что быстро растущие модели флэш-памяти на основе PCIe - это новые любимые отрасли, львиная доля сегодняшнего хранилища дата-центров остается в дизайне жестких дисков, где стоимость играет большую роль. Сборы SSD быстро снижаются и закрывают стоимость / разрыв в ГБ между SSD и жесткими дисками, но большинство наблюдателей считают, что обе технологии будут продолжать сосуществовать некоторое время.
Первоначальные SSD должны были быть интегрированы в существующую экосистему, и, следовательно, контроллеры предлагались со стандартными интерфейсами хранения, такими как Fibre Channel, SATA & SAS. Интерфейсы, которые были разработаны для параметров жесткого диска - с более низкой пропускной способностью и более высокой задержкой - были несовершенными для SSD. Это особенно актуально на корпоративном рынке, где конечный пользователь готов заплатить премию за более высокую производительность.
Поскольку PCIe был наиболее распространенным интерфейсом в корпоративных процессорах и подсистемах хранения, SSD-контроллеры начали предлагать PCIe в качестве интерфейса для устройств SSD. Это уменьшило задержку и улучшило производительность систем, поскольку не было необходимости переходить между промежуточными технологиями и предлагать более высокую пропускную способность, основанную на скорости передачи сигналов PCIe.
Так как отдельные контроллеры не могли обеспечить емкость флэш-памяти, необходимую для реальных высокопроизводительных систем, коммутаторы PCIe использовались для объединения нескольких подсистем флэш-памяти. В настоящее время это стало широко распространенным в развертывании SSD корпоративного класса и, как ожидается, будет расти в течение следующих нескольких лет, поскольку твердотельные накопители проникают глубже в рынок. И хотя возможности как флеш-устройств, так и контроллеров улучшат продвижение вперед, потребность в большем количестве хранилища всегда была ненасытной, поэтому агрегация будет по-прежнему необходимой и в конечном итоге расти.
Стандарты хранения для PCIe
Ожидание стремительно растущего рынка твердотельных накопителей на основе PCIe четко продемонстрирует объем усилий организаций органов стандартов, позволяющих заменить существующие каналы хранения PCIe. Это включает в себя NVM Express (NVMe), SCSI через PCIe (SOP) и SATA Express в качестве протоколов, а также форм-факторы на основе SSD, такие как SFF-8639. Они в основном поступают из самого сообщества хранилищ, выставляя желание быть готовым к твердому перевороту.
И PCI-SIG, группа, отвечающая за стандарт PCIe, также расширяет спецификацию, чтобы обеспечить более надежные системы хранения с новыми функциями, такими как Downstream Port Containment (DPC) и расширенный DPC (eDPC), которые позволяют обрабатывать системы более грациозно обрабатывать «неожиданные» или серьезные ошибки на устройствах хранения, подключенных к коммутаторам PCIe или мостам.
Гибридные системы хранения
Хотя SSD предлагают более высокую производительность, чем прядильные носители, они дороже и, как ожидается, останутся таковыми в обозримом будущем. Но выясняется, что системы могут быть построены из большого количества хранилищ жестких дисков и относительно меньшего объема памяти SSD, но при этом достигают аналогичной производительности для всей SSD-системы по гораздо меньшей цене. Эти гибридные системы в настоящее время предлагаются многими поставщиками систем хранения данных, и они также, вероятно, будут распространяться. Переключатели PCIe играют ключевую роль в этих проектах.
Во-первых, устройство хранения или сервер, скорее всего, будут подключены с использованием сети коммутаторов на основе PCIe, особенно на корпоративном пространстве. Таким образом, достаточно просто добавить больше портов в существующую магистраль и позволить подсистемам HDD и SSD взаимодействовать с процессорами и друг с другом, используя поэтапный подход.
Другая возможность возникает потому, что SSD быстро перешли на интерфейс на основе PCIe, и есть инициативы, которые исследуются, чтобы предложить аналогичный интерфейс с жесткими дисками. Хотя устройства жесткого диска не приносят столько же, сколько SSD от прямого подключения к PCIe, этот подход предлагает удобный, консолидированный интерфейс к системе хранения. И даже жесткие дисковые накопители выигрывают от более низкой задержки и более высокой пропускной способности, особенно потому, что они повышают их производительность, чтобы идти в ногу с конкуренцией SSD. После того, как промежуточные интерфейсы, такие как SAS и SATA, были обновлены до PCI Express, гибридные жесткие диски / SSD-системы могут быть легко созданы, с коммутаторами PCIe, распределенными по всей сети, - агрегированием, консолидацией и маршрутизацией данных хранения независимо от основных технологии.
Это уникальная возможность для отрасли.
Внедрение PCIe из коробки
До сих пор мы обсуждали ситуацию в сильно ограниченных системах, причем большая часть взаимодействия происходила внутри коробки. Как только основной путь данных развернут с PCIe, и это происходит быстро уже, становится очень просто взять данные за пределы поля и остаться в рамках протокола PCIe. Большое значение расширения соединения вне коробки без промежуточного промежуточного протокола заключается в том, что модель программного обеспечения становится намного проще, чем статус-кво, и вы устраняете латентность, стоимость и сложность, связанные с переводом на, например, Ethernet, просто чтобы отправить его в другой блок.
PLX уже продемонстрировал способность подключать коробки с использованием PCIe, используя как медные, так и оптические соединения, используя недорогие стандартные подходы, такие как QSFP + и mini-SAS HD.
Системы хранения на основе ткани
Использование PCIe в хранилище - на каждом уровне - обладает достаточной выгодой и импульсом, что кажется неизбежным, и большинство наблюдателей от промышленности прогнозировали быстрый рост его использования. Но есть и захватывающая возможность для хранения на базе PCIe, поскольку центр обработки данных открывает свои глаза на инновационные архитектуры.
PLX описал преимущества и возможности использования PCIe как конвергентной ткани на уровне стойки (см. Эту страницу для объяснения ExpressFabric), и как только это становится более распространенным, возможность хранения еще более убедительна. Если ваша ткань основана на PCIe, то добавление жесткого диска на основе PCIe (или жесткого диска) становится таким же простым, как подключение blade-сервера с массивами хранения, обеспечивающее прямое подключение к базовой технологии памяти с минимально возможной задержкой и усложнением.
Резюме
Первоначально PCIe представлялся как высокоскоростной механизм, позволяющий компонентам соединяться друг с другом с высокой производительностью и низкой задержкой. С тех пор он был расширен, масштабирован и ускорен, чтобы предлагать эту ценность для каждого типа рынка, а хранение было одним из основных бенефициаров. Это продолжает расширяться в корпоративных системах хранения с новыми и захватывающими конструкциями.