NVMe:现代存储协议的“速度革命”

在当今的数字化浪潮中,数据已经成为推动企业竞争力与创新的重要引擎。硬件性能的快速提升与新兴技术(如人工智能、大数据)的广泛应用,让存储在整个IT体系里扮演着更加关键的角色。而存储产业作为数据的承载基石,其发展历程充满了挑战与机遇,在《第四支柱:中国存力崛起录》一书中有着详尽且精彩的阐述。

《第四支柱:中国存力崛起录》深入探讨了中国存储产业从起步到崛起的艰辛历程。回顾往昔,中国存储产业的发展成就与两个特定历史条件紧密相连。其一,20世纪90年代开始的中国对高性能计算的冲击,发端于1993年的曙光一号,超级计算机对存储系统在容量、延迟、可靠性等方面提出了极高要求,促使存储技术在这样的高标准下不断发展。其二,在发展互联网、云计算、AI的过程中,以曙光、华为等为代表的中国企业,持续吸收消化国内外先进技术,坚守自研底层技术,为存储产业的发展奠定了坚实基础。

而决定存储效率与性能的关键之一,是连接存储介质与计算设备的“存储协议”。从早期的机械硬盘到如今的全闪存,每一次协议演进都在为数据世界铺设越来越便捷、高速的“交通要道”。NVMe则是近年风头正劲的“高速铁路”。以下为主要协议分类:

SAS:定义存储行业新标准的开端

在20世纪70年代,存储行业就开始摸索如何让硬件与软件更好地标准化,来方便磁盘、服务器等组件之间相互“交流”。当时,Control Data公司的SMD(Storage Module Drive)接口曾试图成为行业通用的“新规则”,更多厂商后来转向SCSI作为小型计算机系统接口使用。发展到后来,SCSI不断演进,出现了串行版本——SAS(Serial Attached SCSI)。SAS虽在大型数据库、虚拟化环境中依旧表现良好,但也逐渐接近性能极限,需要新的“接班人”来满足对超高性能的渴望。

SATA:开辟传统存储的双向车道

SATA(Serial ATA)是为传统机械硬盘(HDD)与早期SSD设计的协议。对于家用电脑或中小型环境而言,这样的性能通常足以胜任日常读写。在成本与兼容性方面,SATA更是得分颇高,所以一直广泛应用于个人计算机和入门级服务器当中。

但随着SSD技术的不断演进,SATA的延迟和吞吐能力难以匹配高性能闪存的需求。当然,其在大容量存档或冷数据存储方面很受欢迎,但前端关键任务和高并发场景里,SATA日渐被更快、更灵活的协议所取代。

NVMe:存储协议进化的“高铁时代”

NVMe好比为闪存专门铺设的高速铁路。它基于PCIe技术,可支持多达64K并行队列,使得数据读写速度与并行度相较传统协议拥有数量级的飞跃。

在人工智能训练、实时分析、大规模数据库等应用场景下,NVMe的低延迟与高带宽优势能让业务系统得到极大的性能提升。也因此,NVMe被视为当下乃至未来存储领域的主流趋势。

NVMe的三次跃迁:从本地到跨网络

第一阶段(2011年):NVMe 1.0协议面世,专为SSD设计,目标锁定高并行、高带宽、低延迟。

第二阶段(2014年):与PCIe3.0标准结合,带宽上限提升至32Gbps。微软、Linux等操作系统的原生支持,让NVMe真正走入应用前线。

第三阶段(2020年后):NVMe over Fabrics(NVMe-oF)技术成熟,将高速“铁路”扩展至网络层,实现跨服务器、跨数据中心的高速访问,标志着全闪存时代全面到来。

作为国内存储领域的先锋,曙光存储自主研发的ParaStor分布式全闪存储,即采用了NVMe等先进技术,通过NVMe全闪的技术优化与五层数据加速技术,提升全平台整体表现20倍以上。

比如五层数据加速技术中的Burst Buffer层级,进一步利用GPU服务器本地的NVMe盘存储关键数据,减少数据跨网络访问的需求,提高数据处理的局部性和速度。存储层加速则是全面发挥NVMe全闪存的高性能特点,提高数据存储和访问的速度。

通过强化对NVMe的支持,ParaStor分布式全闪存储帮助企业更好地应对多节点协同计算和实时数据处理,进一步推动了国内存储产业的升级与转型。

存储协议的未来与中国存力的崛起

从机械硬盘时代的SATA,到企业级存储的SAS,再到现在的NVMe,存储协议的每一次技术迭代都在为数据中心搭建更加高效的“高速公路”。随着人工智能、大数据和云计算的快速发展,存储的角色早已从简单的“数据货架”转变为协同计算、实时访问等综合使命的关键支撑,其重要性在现代计算体系中愈发突出。

然而,当前许多算力中心的建设仍然陷入“重算力轻存力”的误区,导致 AI 模型训练和大数据分析的算力表现因存储性能不足而受限。要解决这一瓶颈问题,未来的数据中心升级应以存算协同为核心,通过运营和业务需求为导向重新规划存储平台的设计。特别是在性能提升方面,需要逐步提高NVMe全闪存储的部署比例,以全面满足 AI 和大数据场景对高性能和低延迟的需求。

随着人工智能和大数据技术的持续进步,存储的重要性将愈加显著。从NVMe全闪存储的广泛普及到存算协同理念的不断深化,中国存储产业正以技术创新和全局规划的视角加速发展。