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 硬盤在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了性能和可擴(kuò)展性，盡管單盤性能遠(yuǎn)低于 NVMe 磁盤。SAS 磁盤的性能根據(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。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有管理軟件，使客戶能夠配置、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 的寫入速度和高達(dá) 7 GBps 的讀取速度。這些磁盤可以提供超過(guò) 500,000 IOPS 的隨機(jī)讀/寫速率。NVMe 磁盤之所以能夠?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，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）專為數(shù)據(jù)中心構(gòu)建的存儲(chǔ)外形。E1 專為 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)。