嵌入式系統(tǒng)新一代存儲(chǔ)技術(shù)解析

微控制器的存儲(chǔ)架構(gòu)可能很簡(jiǎn)單(圖1)。但是，隨著應(yīng)用開始朝便攜化、虛擬化和個(gè)性化方向發(fā)展，它們現(xiàn)在變得相當(dāng)復(fù)雜。多核(multicore)、許多核(many core)和集群架構(gòu)，它們同樣在一個(gè)設(shè)備中融合了各種存儲(chǔ)技術(shù)。高端微處理器將多個(gè)緩存級(jí)別與超多的互連和緩存一致方案整合在一起。

　　不久以前，高速緩存缺失還只能調(diào)用擴(kuò)展到附近硬盤驅(qū)動(dòng)器的事件鏈。而現(xiàn)在，這種效應(yīng)已經(jīng)擴(kuò)展到固態(tài)磁盤(SDD)驅(qū)動(dòng)器和硬盤驅(qū)動(dòng)器，或者可能通過iSCSI將頁面提供給虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)從而延伸到云或局域網(wǎng)(LAN)。并且，與應(yīng)用程序相關(guān)的所有操作都以透明方式處理。

　　盡管如此，設(shè)計(jì)人員、開發(fā)人員、管理人員和用戶還需要考慮系統(tǒng)要使用的存儲(chǔ)器類型和數(shù)量及其配置方式。由于選擇方案多種多樣，他們現(xiàn)在所面臨的挑戰(zhàn)比過去更大。

圖1：現(xiàn)在，存儲(chǔ)層次結(jié)構(gòu)的范圍相當(dāng)廣泛。它甚至可以通過互聯(lián)網(wǎng)連接擴(kuò)展到云領(lǐng)域。

DRAM發(fā)展動(dòng)態(tài)

　　DRAM的容量越來越大，速度越來越高，價(jià)格也越來越便宜。DDR3雙列直插內(nèi)存模塊(DIMM)目前的最高容量已經(jīng)達(dá)到16GB，運(yùn)行速率為533至800MHz，支持1066至1600 Mtransfers/s。標(biāo)準(zhǔn)DDR3的工作電壓為1.5V，但是最新的低功耗DDR3L的工作電壓為1.35 V，可以顯著降低功耗和減少發(fā)熱。

　　DIMM和小外形DIMM(SODIMM)是臺(tái)式電腦、服務(wù)器和筆記本電腦的標(biāo)準(zhǔn)配置，而嵌入式存儲(chǔ)要求同樣永無止境。BGA器件(比如Micron的DDR3芯片)因其外形尺寸而受到移動(dòng)、工業(yè)和耐用型應(yīng)用的青睞(圖2)。DDR3內(nèi)存與處理器的堆疊式封裝匹配，在蘋果iPad等高端移動(dòng)設(shè)備中非常普遍。

圖2：Micron公司的DDR3 BGA芯片非常適合用于嵌入式設(shè)計(jì)。

　　BGA封裝可以為耐用型應(yīng)用提供內(nèi)存，但是對(duì)耐用型存儲(chǔ)器的需求仍然沒有降溫。SFF-SIG的RS-DIMM平臺(tái)填補(bǔ)了這一空白(圖3)。該模塊的尺寸為67.5mm×38mm×7.36mm(長(zhǎng)×寬×高)，支持9芯片和18芯片設(shè)計(jì)。用于DDR3的Samtec連接器的引腳分布，類似于標(biāo)準(zhǔn)DIMM的引腳分布。該標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了可選的SATA接口。

　　除了臺(tái)式電腦、筆記本電腦和服務(wù)器領(lǐng)域的其他內(nèi)存替代市場(chǎng)外，DDR3已經(jīng)占領(lǐng)了幾乎所有市場(chǎng)。不過，它確實(shí)還沒能取代嵌入式設(shè)計(jì)中的DDR2，在嵌入式設(shè)計(jì)中，兼容性和低速率較為普遍。芯片和系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員所面臨的挑戰(zhàn)是，DDR3的低功耗、高容量和成本優(yōu)勢(shì)非常明顯。此外，仍有大量的微控制器沒有DDR3的速度或存儲(chǔ)要求，而片上存儲(chǔ)器又不足以滿足要求。

　　GDDR5顯存基于DDR3。由于其設(shè)計(jì)規(guī)則與DDR3相似，因此有助于降低成本和簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。與上一代相比，GDDR5的數(shù)據(jù)線路數(shù)有所增加。它現(xiàn)在主要用于高性能圖形和超級(jí)計(jì)算機(jī)環(huán)境。

　　到目前為止，各種DDR實(shí)現(xiàn)方案采用的都是單端信令技術(shù)。截至目前，設(shè)計(jì)必須遵從信令限制，但是隨著實(shí)現(xiàn)的速度越來越高，這種局面有可能發(fā)生變化。高速串行接口，比如PCI Express、USB 3.0、SATA和串行連接SCSI(SAS)，采用的都是差分信令技術(shù)。DDR可能也會(huì)經(jīng)歷這個(gè)階段。

　　Rambus公司的太比特倡儀(Terabit Initiative)是該公司針對(duì)用于新一代內(nèi)存的差分信令系統(tǒng)所提出的倡儀。該公司正在展示為應(yīng)對(duì)這種轉(zhuǎn)變而推出的20Gbps串并轉(zhuǎn)換器(SERDES)。

　　FlexMode設(shè)計(jì)定義了可處理DDR3、GDDR5及其新差分支持的接口，采用同一組引腳，由于差分對(duì)需要兩倍的線路，因此引腳的用途并不相同。

　　這種技術(shù)用控制/尋址(C/A)引腳換來了額外的差分?jǐn)?shù)據(jù)引腳。C/A信號(hào)也是差分信號(hào)，這就進(jìn)一步減少了實(shí)際的C/A信號(hào)量。該設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)的原因在于C/A線路數(shù)據(jù)速率的提高。

　　串行端口內(nèi)存技術(shù)(SPMT)聯(lián)盟正在采用另一種差分技術(shù)。其解決方案針對(duì)移動(dòng)設(shè)備，采用低壓差分信令(LVDS)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)像PCI Express一樣可以通過增加通道進(jìn)行擴(kuò)展。與PCI Express一樣，SPMT是一種自同步技術(shù)。20引腳的方案具有6GBps的帶寬。

非易失性存儲(chǔ)器

　　NAND和NOR閃存技術(shù)仍是非易失性存儲(chǔ)器的核心，但磁阻(MRAM)、鐵電RAM(FRAM)和相變存儲(chǔ)器(PCM)等其他技術(shù)正在逐步普及。單個(gè)系統(tǒng)一般都融合了多種技術(shù)?；谖⒖刂破鞯莫?dú)立冗余磁盤陣列(RAID)系統(tǒng)可能將NAND或NOR閃存用于程序存儲(chǔ)器，而將MRAM、FRAM或PCM用于RAID數(shù)據(jù)表，來替代帶蓄電池后備電源的動(dòng)態(tài)RAM(DRAM)。

　　所有這些技術(shù)的存儲(chǔ)容量都在日益增長(zhǎng)，其中以NAND的容量最大，這是因?yàn)镹AND更多地使用了多級(jí)單元(MLC)，盡管單級(jí)單元(SLC)NAND閃存仍可提供比較理想的成本、吞吐能力、使用壽命和可靠性。MLC也可與NOR技術(shù)配合使用。

　　大多數(shù)USB閃存驅(qū)動(dòng)器和其他移動(dòng)存儲(chǔ)卡都將采用MLC NAND閃存。與高級(jí)閃存控制器配合使用時(shí)，它甚至還可以用于高容量企業(yè)驅(qū)動(dòng)器中。企業(yè)級(jí)產(chǎn)品的最佳使用壽命是五年，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員一般都要求閃存驅(qū)動(dòng)器的“保質(zhì)期”至少有五年。

　　盡管閃存的速度很快，但是6Gbps SATA和多通道PCI Express等接口正在推動(dòng)著SSD控制器技術(shù)的發(fā)展。除了性能和可靠性之外，MLC閃存控制器還面臨著諸多挑戰(zhàn)。

　　區(qū)塊循環(huán)和負(fù)載均衡是驅(qū)動(dòng)器具有長(zhǎng)使用壽命的關(guān)鍵。甚至溫度管理對(duì)使用壽命也有影響。SandForce是一家閃存控制器供應(yīng)商。該公司的DuraClass RAISE(獨(dú)立硅元素冗余陣列)技術(shù)采用了RAID架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)閃存區(qū)塊故障的恢復(fù)。

　　NOR閃存的應(yīng)用范圍已經(jīng)覆蓋到更嚴(yán)苛的環(huán)境中。Spansion公司的65nm MirrorBit GL-s 2Gb技術(shù)，可用于溫度范圍為–40°C至105°C的汽車車內(nèi)應(yīng)用。它現(xiàn)在采用9mm×9mm BGA封裝。

　　此外，NOR閃存還擁有支持直接從閃存執(zhí)行代碼的優(yōu)勢(shì)。三星等公司正在結(jié)合使用SRAM和NAND閃存，從而向NOR閃存提出挑戰(zhàn)。三星的OneNAND在其NAND控制器中集成了3KB SRAM緩沖器。必要時(shí)，開發(fā)人員可以通過此控制器的接口連接外部NOR閃存。

　　兩線和四線串行外設(shè)接口(SPI)也會(huì)影響非易失性存儲(chǔ)器的應(yīng)用領(lǐng)域，非易失性存儲(chǔ)器一般用來替代并行存儲(chǔ)器芯片。大多數(shù)非易失性存儲(chǔ)器都附帶這類接口。

　　NXP公司基于Cortex-M3的LPC1800微處理器甚至可以從四線SPI存儲(chǔ)器運(yùn)行，而不僅僅是引導(dǎo)。最近，LPC1800還強(qiáng)調(diào)在微控制器中混合使用存儲(chǔ)器。此器件具有片上ROM、一次性可編程(OTP)存儲(chǔ)器、閃存和SRAM。

圖3：SFF-SIG的RS-RIMM模塊可將移動(dòng)存儲(chǔ)器應(yīng)用到耐用型應(yīng)用中。

　　OTP存儲(chǔ)器是另一種往往被人們所忽略的非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)。Kilopass和Sidense等公司可以為各種應(yīng)用提供反熔絲OTP技術(shù)。OTP可以實(shí)現(xiàn)安全和低功耗的運(yùn)行，還能夠方便地整合到大多數(shù)廠商支持的現(xiàn)有CMOS制造流程中。該技術(shù)通常用于密鑰或配置存儲(chǔ)器，還可以用來替代ROM。

圖4：Rambus FlexMode架構(gòu)將采用同樣的內(nèi)存外形尺寸和連接，但是會(huì)用差分信號(hào)替代單端通信。這需要增加一倍的線纜。實(shí)現(xiàn)該目的的具體做法是：減小控制/尋址(C/A)信號(hào)的寬度，同時(shí)提高其吞吐能力。

磁盤驅(qū)動(dòng)器容量節(jié)節(jié)攀升

　　Seagate公司的6Gbps、3TB Barracuda XT硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDD)在容量上突破了Windows XP的2.1TB極限。值得慶幸的是，像Windows 7和Linux等大多數(shù)64bit操作系統(tǒng)都不存在大容量3TB分區(qū)的問題。

　　不過3TB驅(qū)動(dòng)器帶來了統(tǒng)一可擴(kuò)展固件接口(UEFI)BIOS。設(shè)計(jì)UEFI旨在解決PC BIOS的局限性。它可以處理GUID分區(qū)表(GPT)，并且可以提供更快的引導(dǎo)時(shí)間，同時(shí)支持獨(dú)立驅(qū)動(dòng)器。

　　這些大硬盤在舊操作系統(tǒng)中的應(yīng)用有可能實(shí)現(xiàn)。硬盤附帶的Seagate DiscWizard軟件通過分區(qū)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序軟件來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。這種轉(zhuǎn)變很有可能推動(dòng)眾多設(shè)計(jì)人員使用更新的平臺(tái)。

　　Seagate發(fā)布的大硬盤產(chǎn)品強(qiáng)調(diào)的另一個(gè)問題，是從傳統(tǒng)的512B扇區(qū)轉(zhuǎn)向4kB扇區(qū)。除了提供更高的吞吐能力之外，4Kb扇區(qū)還能夠更好地滿足操作系統(tǒng)要求。

　　大多數(shù)母板都已經(jīng)支持4KB扇區(qū)，甚至Windows XP也支持。所有目前的臺(tái)式電腦和服務(wù)器操作系統(tǒng)亦然。操作系統(tǒng)的虛擬內(nèi)存支持一般采用4kB頁面大小或者該大小的倍數(shù)進(jìn)行配置。

　　有些驅(qū)動(dòng)器同時(shí)支持兩種扇區(qū)大小。這些驅(qū)動(dòng)器一般實(shí)現(xiàn)4kB扇區(qū)，需要時(shí)可以將較小的扇區(qū)大小映射到這些驅(qū)動(dòng)器上。驅(qū)動(dòng)器將采用一種模式或另外一種模式工作。

　　由于成本的原因，很少有閃存驅(qū)動(dòng)器的容量達(dá)到3TB，但是從總體來看，閃存驅(qū)動(dòng)器的采用量在上升。芯片價(jià)格低是一大因素，但是SSD控制器芯片性能獲得提升也是一個(gè)因素。推動(dòng)存儲(chǔ)器發(fā)展到新領(lǐng)域的另一個(gè)方面是閃存能力適合新的應(yīng)用領(lǐng)域。

　　Viking Module Solutions公司的SATADIMM和SATACube3，可以實(shí)現(xiàn)更加緊湊的嵌入式解決方案(圖5)。SATADIMM插入DDR3插座獲取電源。它包含SATA線纜連接。設(shè)計(jì)合理的系統(tǒng)可以在未使用的DIMM插座引腳上運(yùn)行SATA接口。SATACube3為定制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供耐用型存儲(chǔ)器。

圖5：Viking Module Solutions SATADIMM(a)和SATACube(b)將SATA閃存驅(qū)動(dòng)器放至相關(guān)位置。SATADIMM插入DDR3插座。

　　像Seagate公司的Momentus XT等混合驅(qū)動(dòng)器，在單個(gè)封裝中整合了閃存和硬盤，但這種技術(shù)不是實(shí)現(xiàn)混合驅(qū)動(dòng)器技術(shù)的唯一方法。Marvell公司的SATA控制器HyperDuo技術(shù)就是另外一種途徑。HyperDuo可以應(yīng)用在新型母板和HighPoint的RocketHybrid這樣的PCI Express適配器上(圖6)。

　　Marvell的雙端口SATA控制器可以像傳統(tǒng)控制器一樣處理任何類型的SATA驅(qū)動(dòng)器。其HyperDuo模式與一個(gè)閃存驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)硬盤驅(qū)動(dòng)器配合使用。操作系統(tǒng)是微軟最新支持NTFS的操作系統(tǒng)中的一種。

　　HyperDuo可以在“安全”或“容量”模式下工作。安全模式的工作方式類似于緩存，在此模式下，常用文件同時(shí)存儲(chǔ)在硬盤驅(qū)動(dòng)器和閃存驅(qū)動(dòng)器上。其優(yōu)勢(shì)在于，硬盤驅(qū)動(dòng)器始終包含有效的文件系統(tǒng)。容量模式類似于RAID 0，在此模式下，數(shù)據(jù)被分割到兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器中。系統(tǒng)需要兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器都工作。

　　HyperDuo與大多數(shù)其他混合解決方案之間最大的不同在于，HyperDuo在文件級(jí)別運(yùn)行，而不是在扇區(qū)級(jí)別運(yùn)行。另一個(gè)不同之處是，到閃存的所有數(shù)據(jù)傳輸都發(fā)生在訪問文件之后，而不在訪問過程中傳輸。

　　此過程可以透明方式進(jìn)行，高級(jí)用戶可以明確地對(duì)閃存中的文件進(jìn)行pin操作。這種技術(shù)比SAS控制器(一般提供基于閃存的緩存)的成本低，因?yàn)镠yperDuo可以充分利用SATA控制器上的ARM處理器，并且不需要片外存儲(chǔ)器或者帶蓄電池后備電源的緩存。

　　像LSI公司的MegaRAID控制器等SAS控制器，一般采用更加傳統(tǒng)的緩存技術(shù)。具體來講，LSI CacheCade采用閃存驅(qū)動(dòng)器作為一組硬盤驅(qū)動(dòng)器的二級(jí)緩存層。它可以處理容量高達(dá)512GB的陣列。Adaptec公司的maxCache包含硬件和軟件。

　　CacheCade的工作方式類似于典型的緩存控制器，它將常用扇區(qū)的數(shù)據(jù)加載到閃存中。性能往往高出混合驅(qū)動(dòng)器很多，閃存的數(shù)量由所有者控制。系統(tǒng)可以處理多達(dá)32個(gè)SSD。

　　其他差別，也就是大多數(shù)SAS控制器支持的能力在于，可以將存儲(chǔ)器作為虛擬驅(qū)動(dòng)器。同樣，存儲(chǔ)器可以基于RAID配置。比如，單個(gè)控制器可以處理像RAID 5、RAID 0和RAID 60陣列的組合，其中每個(gè)陣列都包含多個(gè)虛擬驅(qū)動(dòng)器。反過來，這些配置中的任意一種配置都可以與閃存匹配。這些控制器一般用于企業(yè)服務(wù)器，配置往往更加簡(jiǎn)單，只有單個(gè)RAID陣列?；ヂ?lián)網(wǎng)服務(wù)提供商(ISP)和企業(yè)環(huán)境可以充分發(fā)揮虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，但是可能需要具有不同特性的多種虛擬驅(qū)動(dòng)器。此外，這些比較昂貴的SAS控制器還可以處理這些常規(guī)操作。

圖6：HighPoint公司的RocketHybrid采用Marvell公司的HyperDuo SATA控制器技術(shù)在單個(gè)Windows混合存儲(chǔ)設(shè)備中整合了硬盤驅(qū)動(dòng)器和固態(tài)磁盤驅(qū)動(dòng)器。

　　盡管SATA和SAS閃存驅(qū)動(dòng)器有許多優(yōu)勢(shì)，但是接口卻有帶寬限制。閃存的運(yùn)行速度可能比硬盤驅(qū)動(dòng)器快，供應(yīng)商將提供使用PCI Express連接至主機(jī)的解決方案。PCI Express可以通過增加通道數(shù)進(jìn)行擴(kuò)展。

　　Fusion-io公司的ioDrive Octal板通過x16 PCI Express連接提供閃存(圖7)。它支持6Gbps帶寬，可提供高達(dá)每秒1百萬次I/O操作的速度。此板以模塊化形式構(gòu)建，可處理容量高達(dá)5.12 TB的閃存。ioDrive Octal的外觀與傳統(tǒng)的模塊設(shè)備相似。

圖7： Fusion-io公司的ioDrive Octal板通過PCI Express提供閃存，可提供6GBps的帶寬和高達(dá)5.12 TB的存儲(chǔ)容量。

　　基于PCI Express的閃存解決方案現(xiàn)在可謂遍地開花。耐用型應(yīng)用可以采用Extreme Engineering Solutions XPort6103 XMC模塊這樣的產(chǎn)品(圖8)。

　　XPort6103可以提供容量高達(dá)0.5TB的閃存。它采用PCI Express x1接口，提供可選的3Gbps SATA和加密支持配置。此外，由于在嵌入式應(yīng)用中很有可能會(huì)興起長(zhǎng)使用壽命優(yōu)于高容量這樣一種趨勢(shì)，因此XPort6103采用SLC NAND閃存。其讀性能和寫性能分別為200MBps 和120MBps。

圖8： Extreme Engineering Solutions XPort6103模塊插入XMC插槽，具有高達(dá)0.5TB的閃存容量。

　　非易失性存儲(chǔ)器主機(jī)控制器接口(NVMHCI)工作組的NVM Express規(guī)范，是一個(gè)針對(duì)基于PCI Express存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)的新標(biāo)準(zhǔn)。此標(biāo)準(zhǔn)受到包括英特爾在內(nèi)的眾多供應(yīng)商支持。

網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)

　　這些存儲(chǔ)技術(shù)可滿足嵌入式應(yīng)用、PC和服務(wù)器環(huán)境的需求，但還有另一個(gè)持續(xù)增長(zhǎng)的主要領(lǐng)域，即網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)。“云”和“云存儲(chǔ)”一直都是最為熱門的話題，其背后毫無疑問需要技術(shù)支撐。

　　現(xiàn)在，文件服務(wù)器更有可能是帶一個(gè)或多個(gè)硬盤驅(qū)動(dòng)器的網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)(NAS)設(shè)備。許多專用片上系統(tǒng)(SoC)都針對(duì)這一領(lǐng)域，比如Applied Micro公司的多核Mamba以及PLX公司的NAS7825。

　　這些芯片一般包含RAID加速芯片和多個(gè)吉比特以太網(wǎng)端口。對(duì)RAID 1和RAID 5的支持比較普遍，而RAID 6以及RAID 50(RAID 5+0)與RAID 60的組合也很常見。加密支持也是這種混合配置的公共部分，它甚至可以在不使用硬件加密驅(qū)動(dòng)器的情況下實(shí)現(xiàn)安全存儲(chǔ)。此類芯片可以實(shí)現(xiàn)低成本有線和無線NAS服務(wù)器。

　　Marvell公司的Armada芯片是NAS設(shè)備的一種變體，此芯片一般用于被稱為“插座式計(jì)算機(jī)”的設(shè)備，PogoPlug公司的產(chǎn)品系列就是這種設(shè)備的一個(gè)例子。PogoPlug Pro支持多達(dá)四個(gè)USB外部驅(qū)動(dòng)器，這些驅(qū)動(dòng)器一般都是硬盤驅(qū)動(dòng)器(圖9)。此外，前面板USB連接也是專為USB閃存驅(qū)動(dòng)器而設(shè)計(jì)的。

圖9：PogoPlug是一個(gè)帶四個(gè)USB端口的NAS設(shè)備，僅支持外部存儲(chǔ)。其互聯(lián)網(wǎng)支持是PogoPlug區(qū)別于大多數(shù)NAS的差異化功能。

　　插頭技術(shù)非常靈活，但是這種技術(shù)只是這些NAS設(shè)備的起點(diǎn)。其互聯(lián)網(wǎng)連接能力和相關(guān)應(yīng)用使這些設(shè)備脫穎而出。PogoPlug Web站點(diǎn)充當(dāng)連接到互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的網(wǎng)關(guān)，支持臺(tái)式電腦或智能手機(jī)等其他設(shè)備訪問NAS設(shè)備上的數(shù)據(jù)。

　　這里的主要技巧是克服LAN上的NAS設(shè)備與連接到互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備(比如臺(tái)式電腦或智能手機(jī))之間的防火墻和網(wǎng)關(guān)問題。由于允許通過LAN防火墻/網(wǎng)關(guān)通信，因此PogoPlug的免費(fèi)服務(wù)通過其互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器執(zhí)行與連接到該服務(wù)器的NAS設(shè)備的通信，從而解決了上述防火墻和網(wǎng)關(guān)問題。

　　最初的服務(wù)只包含基本文件共享。不過現(xiàn)在這些服務(wù)已經(jīng)得到了擴(kuò)充，包含對(duì)多媒體流、打印機(jī)熱點(diǎn)和電子郵件打印等功能的支持。現(xiàn)在設(shè)備之間甚至出現(xiàn)了Dropbox形式的共享。PogoPlug商業(yè)版增加了多個(gè)用戶支持以及使用和審計(jì)功能。

　　與Dropbox不同的是，PogoPlug的存儲(chǔ)容量?jī)H受連接到NAS設(shè)備的限制。其缺點(diǎn)一般是上傳端的連接帶寬，因?yàn)榇蠖鄶?shù)用戶連接都是非對(duì)稱連接。使用更快的線纜和光纖到家連接時(shí)一般都不存在這個(gè)問題。

　　技術(shù)性更強(qiáng)的“云存儲(chǔ)”平臺(tái)往往基于存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)。SAN已經(jīng)成為存儲(chǔ)容量達(dá)到千兆兆字節(jié)(petabyte)甚至艾字節(jié)(exabyte)的企業(yè)服務(wù)器農(nóng)場(chǎng)的存儲(chǔ)骨干。光纖通道正是用在這種應(yīng)用中，盡管iSCSI是目前首屈一指的存儲(chǔ)技術(shù)。

　　光纖通道可以滿足運(yùn)行速率高達(dá)10Gbps的硬件接口和存儲(chǔ)通信協(xié)議的要求。它專門針對(duì)大型、高性能、高可靠性存儲(chǔ)集群而設(shè)計(jì)。以太網(wǎng)光纖通道(FCoE)標(biāo)準(zhǔn)已將協(xié)議轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)上，隨著集群計(jì)算轉(zhuǎn)移到最前端，這種標(biāo)準(zhǔn)的重要性與日俱增。

　　早在新一代的SCSI技術(shù)SAS驅(qū)動(dòng)器推出之前，iSCSI標(biāo)準(zhǔn)就已經(jīng)啟動(dòng)了，但是iSCSI標(biāo)準(zhǔn)與底層硬件無關(guān)。其命令集影像了那些被SCSI及后來的SAS驅(qū)動(dòng)器所使用的命令，不過iSCSI是針對(duì)SAN設(shè)計(jì)的基于網(wǎng)絡(luò)的區(qū)塊存儲(chǔ)協(xié)議。NAS設(shè)備往往支持iSCSI協(xié)議。基于BSD(伯克利軟件分發(fā))的FreeNAS等開源平臺(tái)具有iSCSI支持。同樣，許多母板和以太網(wǎng)適配器通過iSCSI提供網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)能力，但是大容量驅(qū)動(dòng)器則來自虛擬化服務(wù)器。

　　Amazon和Google等提供的云計(jì)算服務(wù)一般以虛擬化服務(wù)器為中心進(jìn)行構(gòu)建，這些服務(wù)器通過iSCSI連接運(yùn)行SAN存儲(chǔ)器鏈接。這種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)將存儲(chǔ)和計(jì)算組件分布在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中。此外還允許服務(wù)提供商處理配置，同時(shí)提供對(duì)可以直接訪問虛擬環(huán)境的服務(wù)用戶的免費(fèi)管理。

　　到這里為止所闡述的問題是，術(shù)語“網(wǎng)絡(luò)”涵蓋了諸多領(lǐng)域。在這種情況下，用于云計(jì)算的SAN往往是一個(gè)隔離網(wǎng)絡(luò)，可能在一個(gè)虛擬化網(wǎng)絡(luò)內(nèi)。事實(shí)上，一個(gè)服務(wù)提供商的環(huán)境中一般存在多個(gè)虛擬SAN，用于隔離客戶存儲(chǔ)和計(jì)算環(huán)境。用于計(jì)算環(huán)境的虛擬機(jī)具有與客戶連接的網(wǎng)絡(luò)接口，用于存儲(chǔ)環(huán)境的虛擬機(jī)則具有與iSCSI SAN連接的網(wǎng)絡(luò)接口。

　　來自虛擬機(jī)的iSCSI連接數(shù)一般不受其操作系統(tǒng)的限制，因此虛擬機(jī)可能是由不同SAN服務(wù)器托管的訪問邏輯iSCSI驅(qū)動(dòng)器。同樣，虛擬機(jī)不受iSCSI連接的限制。它還可以連接到文件服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之類的其他存儲(chǔ)解決方案。

　　靈活性是iSCSI的主要優(yōu)勢(shì)，而安全性是另一個(gè)優(yōu)勢(shì)。我們已經(jīng)討論了網(wǎng)絡(luò)隔離，但是另一方面是iSCSI和SAS支持的端到端加密。這種優(yōu)勢(shì)也將在企業(yè)硬盤驅(qū)動(dòng)器和SSD中越來越容易獲得。

安全存儲(chǔ)

　　SSD和HDD往往支持同一種安全措施。全盤加密是其中一項(xiàng)功能。首次使用自加密驅(qū)動(dòng)器時(shí)，訪問該驅(qū)動(dòng)器上的數(shù)據(jù)需要正確的密鑰。

　　然而，由于密鑰用來加密和解碼驅(qū)動(dòng)器上的信息，因此這不僅僅是門控機(jī)制的問題。由于加密的原因，直接繞過安全控制無法實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的訪問。可信平臺(tái)模塊(TPM)一般是混合方案的一個(gè)組件，它可以提供安全引導(dǎo)支持。

　　訪問密鑰一般可提供對(duì)用于加密過程的另一個(gè)密鑰的訪問。這就允許使用多個(gè)訪問密鑰，因此企業(yè)密鑰具有對(duì)多個(gè)驅(qū)動(dòng)器的訪問，個(gè)人密鑰則具有對(duì)與其密鑰匹配的驅(qū)動(dòng)器的訪問。這種技術(shù)的一個(gè)相關(guān)功能是驅(qū)動(dòng)器基本上都可以通過破壞加密密鑰來擦除。這種擦除可以通過一個(gè)命令來實(shí)現(xiàn)，而無加密驅(qū)動(dòng)器則通常采用覆蓋方法進(jìn)行擦除?；谟布娜P加密的優(yōu)勢(shì)，是控制器可以處理詳細(xì)信息。它們一般與硬件匹配，因此加密過程不會(huì)降低數(shù)據(jù)傳輸速率。

　　新型SAS控制器旨在利用基于硬件的加密。有些SAS控制器不需要硬件加密設(shè)備即可提供加密支持。SAS控制器一般支持一個(gè)或多個(gè)磁盤陣列，一般使用熱插拔更換壞驅(qū)動(dòng)器。由于驅(qū)動(dòng)器被更換或轉(zhuǎn)移到新的位置，密鑰管理現(xiàn)已成為控制器的一個(gè)問題。

　　遺憾的是，與基于軟件的加密策略相比，全盤加密可能無法實(shí)現(xiàn)精細(xì)地使用存儲(chǔ)器。安全USB閃存驅(qū)動(dòng)器等一些系統(tǒng)可以將驅(qū)動(dòng)器分成兩個(gè)邏輯部分，一個(gè)加密部分，一個(gè)非加密部分。這兩個(gè)部分以兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn)，因此無需更改操作系統(tǒng)。

　　一種新的驅(qū)動(dòng)器支持T10保護(hù)信息(PI)端到端加密，包括Seagate公司的Constellation 2。這種技術(shù)還需要操作系統(tǒng)和應(yīng)用支持，因?yàn)轵?qū)動(dòng)器的扇區(qū)實(shí)際上更大。

　　在這種情況下，應(yīng)用程序處理加密和解密過程。這意味著，數(shù)據(jù)在離開應(yīng)用程序之前是安全的，因此研究iSCSI鏈路的通信沒什么作用。

　　T10 PI還需要匹配的控制器支持，最新的SAS控制器可以提供這種支持。另外，由于復(fù)制數(shù)據(jù)可以提供對(duì)非加密內(nèi)容的訪問，因此它還可以對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行備份。

　　現(xiàn)在，存儲(chǔ)問題涵蓋的技術(shù)五花八門，嵌入式設(shè)計(jì)人員甚至也需要對(duì)這些技術(shù)進(jìn)行考慮。當(dāng)涉及到網(wǎng)絡(luò)時(shí)，存儲(chǔ)也不再局限于手頭的設(shè)備。