【高階儲存設備趨勢觀察】最新一波的大更新潮，高階儲存有哪些新突破

支援大規模的應用環境，提供最高的擴充能力與效能規格，一向是高階儲存設備的訴求。因此規格的競爭，也就成了每次高階儲存產品更新的一大焦點，2014～2015年這波高階儲存更新潮也不例外，無論在擴充性、效能與硬體架構方面，都有新的突破。

硬體規格再創新高

提供最高等級的擴充與I/O處理能力，可說是高階儲存產品的最大特色。包括控制器數量、快取記憶體容量、處理器核心數、可管理的磁碟數量，以及可用儲存容量在內的硬體規格指標，也是高階儲存產品競爭的焦點。

長期以來，EMC Symmetrix系列的硬體規格，一直是高階儲存領域的領先者，不過這4、5年來面臨了富士通、華為的挑戰。

就像去年下半，EMC發表Symmetrix VMAX 3時，一度重新奪回高階儲存規格王座，並且拋開對手一段距離，可支援最多16組控制器、16TB快取記憶體、最大5,760臺硬碟與256個前端I/O埠，都是當時最高規格。

不過EMC VMAX3的規格領先，還維持不到2、3季，就分別為華為與富士通的產品所超越。

華為在今年5月發表的OceanStor 18000 V3可提供與EMC VMAX 3一樣的16組控制器與16TB記憶體，可管理的最大硬碟數量與前端I/O埠則分別提高到9,600臺與384個，大大超越了EMC VMAX 3。

富士通緊接在今年7月發布的DX8900 S3，則能提供當前最高的24個控制器節點，最大前端I/O埠數量也有384個，快取記憶體與最大硬碟總數的規格，雖然略遜於EMC與華為的產品，但6TB的快取記憶體與4608臺硬碟的規格，也相當可觀。

儘管現實環境中，很少會需要單一系統提供管理4,000、5,000臺硬碟、上百個I/O埠、幾TB快取記憶體或幾百個控制器核心這樣高的規格，反過來說，容量需求達到數PB等級的用戶，一般也很少會採用高成本的高階儲存產品，來存放與處理這樣大量的資料。不過規格數字的競逐，原本就是高階儲存市場競爭的一部份，EMC、華為、富士通等廠商提供的高硬體規格，也是對於自身技術能力的一個宣示。

經過2014～2015年這一輪產品更新後，主要高階儲存產品的硬體規格形成了三個梯次，第一梯次包括EMC、富士通與華為，可提供16個以上的控制器、6～16TB快取記憶體、4,000臺以上硬碟與250個以上的前端I/O埠；第二梯次則是HDS與HP，可提供8～16組控制器、2～3TB快取記憶體與2,000臺上下的系統硬碟規模與192個前端I/O埠；第三梯次則是IBM，只提供最大2組控制器、1TB記憶體、128個前端主機埠與1,500臺硬碟的擴充能力。

不過要特別注意的是，IBM的高階儲存產品乍看下雖然規格明顯較低，但其DS8870採用的是大型主機等級的Power處理器伺服器作為控制器，與其他廠商基於Intel Xeon處理器的硬體架構完全不同，只需要2個基於Power 7+處理器的控制器，就能提供不遜於其他高階儲存產品的效能。至於前端I/O埠雖然只支援最多128個，但能支援IBM大型主機使用的FICON（Fibre Connection）埠，目前除了IBM與HDS以外，其他廠商都不提供FICON埠的支援。

效能指標迭創紀錄

為了對抗全快閃儲存陣列在高效能應用領域的競爭，新一代高階儲存設備都標榜能透過全快閃組態，提供數百萬IOPS等級的效能。

我們這裡收集了各高階儲存設備的官方IOPS效能數值，以及主要全快閃儲存陣列產品的官方IOPS數值，以及部分產品參與SPC-1測試的結果。

對比後可清楚看出，當前新一代高階儲存產品的I/O效能，基本都是從200、300萬IOPS起跳，比上一代產品提高了2、3倍以上，無論是從官方宣稱的IOPS效能數字，還是SPC-1這種第三方測試結果來看，都已足以和全快閃儲存陣列相比擬，甚至尤有過之，有力回擊了全快閃儲存陣列在I/O效能領域的挑戰。

I/O介面大翻新

這一波高階儲存產品更新潮，有一個重要共通特色—I/O介面的更新，這涵蓋了前端介面、後端介面與控制器內部互連介面三個面向。

全面支援最新規格前端介面

支援包括FC、iSCSI、FCoE甚至大型主機用的FICON等多種主機端介面，是高階儲存陣列的必備功能。其中最重要的FC介面這兩年出現了從8Gb轉向16Gb的更新潮，上一代高階儲存產品的FC介面大多還是8Gb規格（如EMC VMAX、HDS VSP、富士通DX8700 S2），只有少數產品在小幅更新時引進16Gb FC（如HP 3PAR StoreServ 10000）。而在這一波更新中，改款後的高階儲存產品已經全面支援16Gb FC。

磁碟介面全面SAS化

一些歷史悠久的高階儲存產品，如EMC Symmetrix、HP 3PAR與IBM DS8000系列等，都長期使用FC-AL作為後端磁碟櫃連接介面。相對的，晚近研發的產品如富士通DX 8700與華為OceanStor等，由於沒有歷史包袱，一開始就採用了連接拓樸更有效率、頻寬更高、也更新穎的SAS介面。

在這波高階儲存更新中，EMC Symmetrix與HP 3PAR終於擺脫了FC-AL，將後端磁碟介面升級為SAS，只剩IBM DS8870仍沿用FC-AL。

在使用SAS作為後端介面的產品中，問世稍微早一些的EMC VMAX 3與HDS VSP G1000採用的是較舊的6Gb SAS，今年才新發表的HP 3PAR、華為與富士通產品則都採用最新的12Gb SAS。

控制器互連介面從專屬走向通用規格

在這一波更新中，當EMC放棄RapidIO介面，改用InfiniBand作為控制器互連（interconnect）介面後，便只剩HP 3PAR的控制器互連仍採用專屬介面，其餘產品的控制器互連網路，都已經改用PCIe或InfiniBand等通用規格介面，不僅可提供比先前各廠商專屬介面更高的頻寬，也有助於降低成本。

目前採用PCIe作為控制器互連的高階儲存產品有IBM、HDS、富士通與華為，採用InfiniBand的大廠只有EMC，但另外還有XIV、Infinidat等新創廠商採用。兩種介面相較下，InfiniBand頻寬稍大一些，但PCIe則有延遲較低的優勢，而且省略了HCA卡（只需簡單的轉接卡），成本也低於InfiniBand。

更深入的「快閃化」應用

在Flash快閃記憶體應用日漸普及的風潮下，包括高階儲存陣列在內的各階層儲存產品，都必須回應結合快閃記憶體的應用需求，才能跟上當前技術潮流的變化。

但是由於快閃記憶體的特性與傳統機械式硬碟大不相同，儲存設備若沒有針對快閃記憶體調整存取機制，將會制約快閃記憶體的效能。因此當前的快閃儲存支援，已經不是只要能提供安裝SSD的選項就好，而是在於能否針對快閃記憶體特性，提供存取最佳化。

對於高階儲存陣列來說，由於大多是誕生於快閃記憶體尚不普及的時代，產品歷史相對悠久，基本架構是針對機械式硬碟應用而設計，後來才增加使用快閃記憶體的功能。相較下，新興的全快閃陣列或混合式陣列，一開始就是針對使用快閃記憶體而從頭全新開發，有著更能適應快閃記憶體特性的先天優勢。

因此高階儲存產品能否透過「快閃化」，來面對新興全快閃陣列或混合式陣列的競爭，關鍵就在於能否提供更深入的快閃記憶體支援。

儲存設備的快閃應用可分為4個層次：

1.部分使用快閃記憶體

混合使用快閃記憶體與傳統硬碟，快閃記憶體可作為輔助DRAM的第二層快取記憶體，或是作為一個儲存層，搭配自動分層儲存機制（Auto Tiering）與傳統硬碟混合運用。

目前幾乎所有高階儲存產品，都能支援快取與自動分層等兩種快閃應用。

2.完全使用快閃記憶體

提供完全使用SSD或快閃記憶體模組的組態選項，也就是把儲存設備轉型為一臺全快閃陣列。

目前幾乎所有高階儲存產品，都已經能支援全快閃的組態，HP新推出的3PAR StoreServ 20000系列，甚至還有專門的全快閃型號。

3.提供針對快閃記憶體特性的存取機制

單單只是以SSD替換掉傳統硬碟，未必就能在任何情境下改善儲存陣列的I/O效能，如果不能妥善處理快閃記憶體的寫入放大（write amplification），也就是因抹除舊資料、執行垃圾回收（garbage collection）與損耗均衡等作業，導致SSD產生額外寫入動作的現象，以及寫入壽命等問題，反而還會帶來許多副作用。

因此進階的快閃記憶體應用，便是為儲存陣列的系統韌體整合適應快閃記憶體特性的存取機制，最基本需提供針對快閃記憶體的最佳化寫入功能，更進一步還需提供即時壓縮與重複資料刪除功能，藉此減少寫入資料量、提高快閃記憶體壽命，而且由於需寫入的資料量減少，也有提高寫入效能的效果。

對於專門的全快閃儲存陣列來說，這幾個功能都是必要的，不過當前的高階儲存產品中，只有華為同時提供了即時壓縮與即時重複資料刪除功能，HP 3PAR提供了即時重複資料刪除，其餘產品暫時還付之闕如。

4.針對快閃記憶體調整資料服務功能

當儲存陣列的儲存媒體從硬碟換成SSD後，不僅會影響到存取機制，連帶也會影響到部分資料服務功能的應用型態，因此最後一個快閃應用層次，便是針對SSD特性，調整資料服務功能型式。

這方面，HP為3PAR StoreServ 20000新提供的非同步遠端複製模式是一個典型。遠端複製有同步與非同步兩種類型，對於快閃化的儲存陣列來說，不太適合使用會造成存取延遲增加的同步模式，但對於關鍵應用來說，一般的非同步遠端複製又有著RPO太長的問題。而HP 3PAR新的非同步模式，則能將複製周期從分鐘等級降為秒等級，可兼顧使用SSD時的低存取延遲需求，以及資料回復的RPO需求。

進入快閃世代的高階儲存

這一波高階儲存產品在各方面的規格更新，幾乎都可以解讀為是強化快閃儲存應用的註腳，升級控制器的規格與效能，是為了配合快閃儲存的I/O速度；升級前後端介面，是為了解放快閃記憶體的I/O瓶頸；更高的IOPS效能，則是應用全快閃架構的成果。

藉由對快閃儲存的深入支援，各大高階儲存供應商試圖證明，無須透過從頭研發的全新產品，經由既有產品線的改款，也能適應快閃儲存應用的需求。

從目前高階儲存的「快閃化」支援情況來看，除了即時壓縮與即時重複資料刪除尚未全面普及外，已經快要到了專門的全快閃儲存陣列擁有甚麼特性，高階儲存陣列也能提供這些特性的層次。

一旦在高階儲存產品「快閃化」應用的深入程度，也能達到專業全快閃儲存陣列產品的水準，不僅不致在快閃儲存風潮中落後，還可望結合本身的可用性與完整資料服務功能優勢，在接下來的儲存架構競爭中，繼續占有一席之地。