NVMe進(jìn)攻下，SAS還有未來(lái)嗎？

SAS 和 NVMe 都是強(qiáng)大的企業(yè)存儲(chǔ)技術(shù)。SAS 是兩種架構(gòu)中較舊的一種，而且往往也是更便宜的選擇。NVMe 正在成為標(biāo)準(zhǔn)的高速存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器接口，但 SAS 因其龐大的安裝基礎(chǔ)而將持續(xù)多年。

STA（SCSI 貿(mào)易協(xié)會(huì)）負(fù)責(zé)維護(hù) SAS 標(biāo)準(zhǔn)，其論壇主席 Cameron Brett 在倫敦舉行的 TechLive 活動(dòng)的演講中談到了這個(gè)問(wèn)題。STA 必須制定一個(gè)從當(dāng)前 24G SAS 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的路線圖，但他也認(rèn)識(shí)到 NVMe 正在取代 SAS 作為高速存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器接口。

SAS（串行連接 SCSI，或小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口）是磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器和 SSD 使用的互連。它與 SATA（串行高級(jí)技術(shù)附件）一起使用，并且兩者都取代了 PATA（并行高級(jí)技術(shù)附件）。按照今天的標(biāo)準(zhǔn)，PATA 的速度很慢，傳輸數(shù)據(jù)的速度高達(dá) 133 MBP，并支持 80GB 容量的驅(qū)動(dòng)器。SATA 速度更快，數(shù)據(jù)傳輸速度高達(dá) 300 MBps。

當(dāng)前的 SATA 標(biāo)準(zhǔn)第 3 版定義了 6 Gbps 帶寬。SCSI 代表了 PATA 和 SATA 的升級(jí)，因?yàn)樗糜诟郊油鈬O(shè)備，例如打印機(jī)和掃描儀。SAS 目前的運(yùn)行速度為 12 Gbps，并且可以在比 SATA 1 m 更長(zhǎng)的電纜（12 m）上運(yùn)行。SAS 連接器支持 SATA 連接，但反之則不然。

當(dāng)前的 SAS 標(biāo)準(zhǔn)（修訂版 3 或 SAS-3）定義了 12 Gbps 接口帶寬，與 SAS 驅(qū)動(dòng)器最終連接的 PCIe 3 互連相匹配。SAS-4 或 24G SAS，將其提升至 24 Gbps，并由 STA 在 2019/2020 年定義。其部分原因是當(dāng)時(shí)即將推出的 PCIe 4 接口，其速度是 PCIe 3 的兩倍。

TrendFocus 圖表顯示，大部分企業(yè)存儲(chǔ)容量由近線驅(qū)動(dòng)器代表，其中大部分使用 12 Gbps SAS 接口。

企業(yè)存儲(chǔ)供應(yīng)商沒(méi)有 24G SAS 磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，只有少數(shù) 24G SAS SSD 產(chǎn)品，因?yàn)?NVMe（Non-Volatile Memory Express）互連已經(jīng)接管了 SSD 接口區(qū)域，而高速磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行在 10,000rpm 級(jí)別正在被 SSD 取代。這使得大部分企業(yè)和 PC 磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品以 7,200rpm 的速度旋轉(zhuǎn)，并且非常適合在 12gig SAS 級(jí)別連接。

市場(chǎng)上出現(xiàn)了一些 24G SAS SSD 產(chǎn)品，例如 Kioxia PM6 和 PM7，以及三星的 PM1653。有各種 24G SAS 互連產(chǎn)品，例如 Broadcom 的 9600 系列接口，以及電纜、連接器、分析儀和擴(kuò)展器。但總的來(lái)說(shuō)，存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器制造商對(duì) 24G SAS 的采用進(jìn)展緩慢。

然而 Brett 認(rèn)為 SAS 是不朽的，因?yàn)樗诖疟P(pán)驅(qū)動(dòng)器互連領(lǐng)域擁有如此根深蒂固的地位。他認(rèn)為，到 2027 年，SAS 將成為主要的 HDD 接口。NVMe 已通過(guò) NVMe v2.0 規(guī)范開(kāi)發(fā)了磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器擴(kuò)展，隨著時(shí)間的推移，NVMe 可能會(huì)蠶食 SAS 的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器霸權(quán)。但龐大的 SAS HDD 基礎(chǔ)將提供一個(gè)持續(xù)多年的補(bǔ)充和升級(jí)市場(chǎng)。

他指出，NVMe 針對(duì)閃存進(jìn)行了優(yōu)化，而 SAS 針對(duì)磁盤(pán)進(jìn)行了優(yōu)化。與單或雙 SAS 通道相比，借助 NVMe，您可以在 SSD 上擁有四個(gè) PCIe 通道，從而使 NVMe 接口速度更快。

目前正在制定的下一個(gè) SAS 標(biāo)準(zhǔn)將是 24G+，并具有 2025/2026 定義數(shù)據(jù)。Brett 確實(shí)表示，沒(méi)有設(shè)想將 24G 速度加倍至 48 Gbps，也沒(méi)有開(kāi)發(fā) 4 端口 SAS 接口。我們的理解是，24G+ 將繼續(xù)使用 SAS-4 物理層規(guī)范，這意味著速度不會(huì)增加到超過(guò) 24 Gbps。我們已請(qǐng)布雷特確認(rèn)這一點(diǎn)。

STA 定義了 24G+ 命令持續(xù)時(shí)間限制、格式愿望預(yù)設(shè)和邏輯減少。它正在考慮衰減、每個(gè) IO 的密鑰、擴(kuò)大保護(hù)信息字段并利用 24G+ 標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)公平性。

盡管 STA 將高速驅(qū)動(dòng)器接口區(qū)域讓給 NVMe，但它認(rèn)為 SAS 在超大規(guī)模存儲(chǔ)環(huán)境中將繼續(xù)發(fā)揮作用。Brett 引用了開(kāi)放計(jì)算項(xiàng)目的驅(qū)動(dòng)器底盤(pán)標(biāo)準(zhǔn)作為證據(jù)；2013 年的 Knox (6Gbps SAS)、2015 年的 Honey Badger (12 Gbps SAS)、2017 年的 Bryce Canyon (12 Gbps SAS) 和 2022 年的 Grand Canyon (14 Gbps SAS)。他認(rèn)為至少會(huì)出現(xiàn)兩代產(chǎn)品，他們很可能會(huì)使用 24G+ SAS。

Brett 認(rèn)為 SAS 近二十年來(lái)一直是占主導(dǎo)地位的存儲(chǔ)接口，并且在未來(lái)幾年仍將如此。他表示，STA 將確保 SAS 繼續(xù)創(chuàng)新，以滿(mǎn)足不斷變化的數(shù)據(jù)中心需求。

SAS 是什么？

SAS 是正在進(jìn)行的 SCSI 開(kāi)發(fā)工作的一部分，該開(kāi)發(fā)工作由國(guó)際信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì) T10 技術(shù)委員會(huì)（現(xiàn)為 SCSI 技術(shù)委員會(huì)）領(lǐng)導(dǎo)，并得到 50 多家公司的支持。

SAS 硬盤(pán)在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了性能和可擴(kuò)展性，盡管單盤(pán)性能遠(yuǎn)低于 NVMe 磁盤(pán)。SAS 磁盤(pán)的性能根據(jù)其轉(zhuǎn)速（7,200 rpm、10K rpm 或 15K rpm）而有所不同，但高性能 SAS 驅(qū)動(dòng)器可以提供高達(dá) 12 Gbps 的速度。SAS SSD 還提供 12 Gbps 的吞吐量。

SAS 架構(gòu)支持創(chuàng)建具有大量 SAS 驅(qū)動(dòng)器的大型存儲(chǔ)陣列。單個(gè)存儲(chǔ)陣列可能包含可容納數(shù)十個(gè) SAS 驅(qū)動(dòng)器的托架。然而，硬件限制可能會(huì)阻止 SAS 陣列實(shí)現(xiàn)更高水平的性能。例如，PCIe 5.0 x16 控制器可以傳輸 64 GBps。雖然這一吞吐量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)單個(gè) SAS 驅(qū)動(dòng)器的吞吐量，但大型存儲(chǔ)陣列中的磁盤(pán)可能會(huì)共同超過(guò)控制器的最大吞吐量，從而導(dǎo)致控制器成為存儲(chǔ)性能瓶頸。

SAS 驅(qū)動(dòng)器有 2.5 英寸和 3.5 英寸兩種外形尺寸。盡管選項(xiàng)有限，但 SAS 很靈活。SAS 磁盤(pán)可用作 SSD 或 HDD，并支持多種轉(zhuǎn)速。

SAS 驅(qū)動(dòng)器還提供各種容量，并且適合各種存儲(chǔ)架構(gòu)。例如，SAS 存儲(chǔ)有時(shí)會(huì)組織成不同的層，其中容量較低的 SSD 作為熱存儲(chǔ)層或緩存層，容量較大但速度較慢的磁盤(pán)作為冷存儲(chǔ)層。組織還可以使用容量極高但速度相對(duì)較慢的 SAS 磁盤(pán)創(chuàng)建存檔存儲(chǔ)層。

SAS 陣列的設(shè)計(jì)易于維護(hù)，大多數(shù)陣列都支持熱插拔磁盤(pán)。其他組件（例如電源）也可以是熱插拔的。存儲(chǔ)供應(yīng)商通常提供自己的專(zhuān)有管理軟件，使客戶(hù)能夠配置、配置、監(jiān)控和維護(hù)其存儲(chǔ)陣列。

NVMe 是什么？

在制定 NVMe 規(guī)范之前，PCIe SSD 基于專(zhuān)有技術(shù)。NVM Express Inc. 的成立是為了開(kāi)發(fā)開(kāi)放的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以利用固態(tài)技術(shù)的高性能、低延遲功能。

NVMe 磁盤(pán)性能因架構(gòu)和用途而異。高性能企業(yè)級(jí) NVMe SSD 可實(shí)現(xiàn) 5-6 GBps 的寫(xiě)入速度和高達(dá) 7 GBps 的讀取速度。這些磁盤(pán)可以提供超過(guò) 500,000 IOPS 的隨機(jī)讀/寫(xiě)速率。NVMe 磁盤(pán)之所以能夠?qū)崿F(xiàn)這些速度，是因?yàn)樗鼈儽辉O(shè)計(jì)為使用 PCIe 總線，該總線為數(shù)據(jù)傳輸提供了多個(gè)通道。

雖然有些控制器可以支持大量 NVMe 磁盤(pán)，但與 SAS 存儲(chǔ)相比，每 GB 的成本往往要高得多。因此，NVMe 可能不是大型數(shù)據(jù)集的最佳選擇。

NVMe SSD 有多種外形規(guī)格，反映了 PCIe 接口無(wú)處不在的本質(zhì)。三種主要類(lèi)型如下：AIC/CEM（附加卡/機(jī)電卡）是大多數(shù) SSD 使用的不同尺寸和高度的 PCIe 通用外形規(guī)格；M.2 是為移動(dòng)設(shè)備和筆記本電腦開(kāi)發(fā)的，也用于一些臺(tái)式機(jī)和數(shù)據(jù)中心以及超大規(guī)模企業(yè)；

U.2 是當(dāng)今大多數(shù) NVMe SSD 的 2.5 英寸外形尺寸。

借助 PCIe Gen 4 SSD，NVMe 開(kāi)始過(guò)渡到 EDSFF（企業(yè)和數(shù)據(jù)中心 SSD 外形）專(zhuān)為數(shù)據(jù)中心構(gòu)建的存儲(chǔ)外形。E1 專(zhuān)為 1U 設(shè)計(jì)，正在開(kāi)發(fā)針對(duì)大容量驅(qū)動(dòng)器、可擴(kuò)展性能和主流計(jì)算用途的版本。E3 具有各種長(zhǎng)度和高度，針對(duì) 2U 計(jì)算和存儲(chǔ)進(jìn)行了優(yōu)化。

NVMe 管理接口 (NVMe-MI) 基于 SCSI 機(jī)箱服務(wù)管理功能而構(gòu)建。NVMe-MI 提供 NVMe 設(shè)備的帶內(nèi)和帶外管理以及支持多種操作系統(tǒng)的管理控制臺(tái)。