根據2018年底IDC發(fā)布的報告“Data Age 2025：The Digitization of the World From Edge to Core”顯示，伴隨5G/IoT和車聯(lián)網等新興技術落地，越來越多的終端以及越來越高的帶寬催生越來越多的數(shù)據產生，到2025年，全球將每年產生約175ZB數(shù)據；同時隨著大數(shù)據/AI技術的廣泛應用，數(shù)據的價值得到更加充分的挖掘，被存儲和被分析的數(shù)據量指數(shù)增長。

另一方面，相比機械盤（HDD），基于NAND Flash介質的SSD可提供更高性能、更高密度、更低能耗，隨著技術不斷進度，成本進一步下降，已經被市場廣泛接受，發(fā)貨量超過HDD；傳統(tǒng)針對HDD盤設計的SATA/SAS接口，無法充分發(fā)揮SSD的性能潛力，針對SSD設計的NVMe標準接口一經出現(xiàn)，便展現(xiàn)了強大生命力。根據2019年全球閃存峰會（Flash Memory Summit，F(xiàn)MS）的預測，2020年將有50%以上的服務器，40%以上的陣列支持NVMe SSD，NVMe將很快超過SATA/SAS成為SSD使用的主流存儲接口，宣告NVMe時代的到來。

應用數(shù)據量和數(shù)據熱度同時增加，對于存儲系統(tǒng)的設計提出了新的挑戰(zhàn)，使用NVMe SSD構建的全閃存存儲系統(tǒng)成為業(yè)界共識，而如何構建各自又有不同的理解。本文對這個問題做一個粗淺的探討。

全閃系統(tǒng)的性能指標，低時延比高IOPS更為關鍵。降低時延，關鍵是縮短IO路徑，提升IO路徑的處理效率。在系統(tǒng)設計選擇上，要求針對NVMe特點做出新的調整。

為達到更低的IO時延和更高的效率，前端支持NVMe over Fabric是必選。后端NVMe SSD的組網可在PCIe和NVMe over Fabric（FC或RoCE）之間選擇，PCIe時延為亞微秒，但擴展能力比較局限；NVMe over Fabric擴展能力強，而時延則在10微秒級。

NVMe SSD單盤性能相當強大（100k iops），控制器往往構成系統(tǒng)性能瓶頸，串接盤柜的擴容方式，只能增加容量，并不能帶來性能的增長，因此，全閃系統(tǒng)應考慮scale-out的架構。 從降低時延的角度，數(shù)據的跨控制器轉發(fā)應盡量避免。但為了提供數(shù)據跨控制器冗余，或者提升單對象多控制器并發(fā)訪問能力，又要求數(shù)據在不同控制器之間轉發(fā)，一個系統(tǒng)需要在有沖突的多個需求間尋求平衡。

而另一方面，無論技術如何發(fā)展，高可用性是對存儲系統(tǒng)的一貫要求，對于更多承擔關鍵業(yè)務的全NVMe閃存系統(tǒng)來說，高可用性更是一個不容讓步的目標。Scale-out系統(tǒng)有了更多的硬件部件，合適的架構可以達成相比雙控陣列更高的可用性，而不合適的架構選擇可能形成整體串聯(lián)的可靠性模型，反而降低了系統(tǒng)的可用性，這是系統(tǒng)設計者和用戶都值得注意的。

例如一些系統(tǒng)為追求全局去重效果，將所有的數(shù)據按其指紋的HASH來確定數(shù)據存儲和處理的模塊，這種設計不僅在正常工作時存在大量的模塊間數(shù)據轉發(fā)，更為嚴重的是，在單個模塊故障后，可能導致全系統(tǒng)數(shù)據不可用（如圖1，不同模塊處理不同尾數(shù)的指紋。例如Module1故障后，所有指紋尾數(shù)是0、1的數(shù)據將不可用，從而整個系統(tǒng)不可用）；這種系統(tǒng)的可用性模型是各模塊的串聯(lián)，假設單個模塊可用性是5個9，全系統(tǒng)可用性必然低于5個9。

圖 1 按模塊處理指紋的全局去重設計示意

中興通訊基于多年存儲研發(fā)技術的積累，全新發(fā)布全NVMe全閃存陣列KF8200。秉承一貫腳踏實地的風格，以系統(tǒng)可靠穩(wěn)定為基石，同時積極擁抱技術最新發(fā)展，在軟硬件架構上全面創(chuàng)新，KF8200成為全NVMe時代中興通訊存儲的旗艦產品。

圖 2 ZXCLOUD KF8200全NVMe閃存陣列

全系統(tǒng)由一個或多個雙控機柜通過RoCE網絡連接，組成一個scale-out系統(tǒng)。每個雙控機柜都可以提供NVMe over Fabric訪問接口；單機柜支持30塊NVMe SSD，可提供超過200w IOPS以及亞ms的響應時間。

所有NVMe SSD都位于控制器柜中，通過PCIe直接與控制器相連，避免了復雜的后端組網，硬件設計上保證極低時延；軟件上，數(shù)據冗余使用機柜內專用通道在機柜內雙控間完成，避免了機柜間數(shù)據轉發(fā)導致的時延；數(shù)據分布策略設計上，做到了系統(tǒng)正常工作時，基本無跨模塊數(shù)據轉發(fā)，IO數(shù)據路徑做到業(yè)界最短。

由于消除了正常工作時模塊間數(shù)據轉發(fā)，基本實現(xiàn)了真正意義上的scale-out，即性能和容量都隨著節(jié)點（以機柜為單位）增加而線性增加。各個節(jié)點間正常工作狀態(tài)呈現(xiàn)為松耦合，而在異常發(fā)生時各節(jié)點業(yè)務又可以互為倒換，在可靠性和性能二者之間達成較為理想的均衡。

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