【51CTO.com快譯】SSD(固態硬盤)進入數據中心后不久，符合NVMe(NVMe over PCIe)協議的高性能SSD隨之而來，在此之后， NVMe-oF(在NVMe的基礎上擴展和完善而來，其旨在有效地支持超大規模遠程SSD存儲池)開始普及，并替代DAS (直連式存儲)，成為云基礎架構中分類存儲的默認協議。

　　最近，基于TCP的NVMe 技術廣受關注。從本質上來看，基于TCP的NVMe使用了更加簡單高效的TCP / IP結構，將NVMe擴展到整個數據中心，在保證存儲高性能的同時，大幅降低了設計難度和部署成本。

　　北美技術咨詢公司企業和IT主管Eric Killinger表示，具有在低帶寬下以高帶寬進行通信能力，同時獲得存儲陣列之間的物理隔離，然后添加包含TCP協議進行傳輸的普通交換網絡，將改變游戲規則。他認為，云超大規模應用已經在采用基于TCP的NVMe的新技術，以實現對于數據分析和物聯網應用的更大查詢訪問。

　　基于TCP的NVMe的技術發展

　　使用NVMe SSD構建的存儲陣列讓數據中心存儲系統的性能得到了極大的提升。不過，由于這些存儲設備仍然通過基于SCSI的主機連接與服務器進行通信，使其無法完全發揮SSD的性能。于是，NVMe-oF協議出現了。

　　NVMe-oF協議是一種針對SSD進行優化的高性能存儲網絡協議。由于NVMe-oF能夠部署支持跨結構的，基于NVMe的塊存儲設備遠程直接內存訪問(RDMA)，具備更高的帶寬，大幅降低了延遲，因此在數據并行讀寫時，具備更高的效率。

　　NVMe-oF可用于不同類型的網絡傳輸，包括光纖通道(FC)、以太網和InfiniBand。在以太網中，有不同的傳輸選項，包括聚合以太網上的RDMA(RoCE)、iWARP以及TCP。

　　不過，將NVMe-oF用在以太網中，最大的缺點即是FC、InfiniBand、RoCE和iWARP選項都需要自定義主機總線適配器和驅動程序，這就讓其實施和維護起來既困難又昂貴。

　　于是，基于TCP的NVMe出現了。

　　由于其能夠與幾乎所有企業服務器上附帶的標準聚合以太網適配器一起使用，因此在部署實施和后期維護方面更加簡單，費用也就更低，立即引起了行業的關注，并有望很快成為行業的標準。

　　當然，基于TCP的NVMe與RoCE(迄今為止已廣泛部署的另一種以太網選擇)相比，其延遲會更高，主要是由于RoCE和iWARP均支持RDMA，而FC和TCP不支持，這種支持RDMA的能力可以使等待時間略微降低。

　　但是，與基于普通SCSI的存儲網絡技術(例如光纖通道(FC)和iSCSI)相比，基于TCP的NVMe能夠顯著提高存儲性能。

　　NVMe / TCP部署和使用

　　提供低延遲的共享存儲解決方案，是采用NVMe / TCP的主要原因。

　　如果企業擁有一個基于NVMe的全閃存陣列，但仍通過基于SCSI的存儲網絡連接到服務器，則可能無法完全發揮SSD的性能，而使用NVMe-oF存儲網絡即可以很好的發揮應用程序的性能，提高效率。

　　在應用程序上，對于AI / ML驅動的大數據分析工作負載，特別是對于一些實時的工作負載，基于TCP的NVMe具備更好的優勢。此外，企業在將大量工作負載整合到單個存儲陣列中，并且需要能夠在高工作負載密度下大規模提供性能，基于TCP的NVMe的優勢也會更加明顯。

　　北美技術研究基礎架構系統研究副總裁Eric Burgener表示，隨著AI / ML驅動的大數據分析應用的增長，在基于超大型閃存存儲的部署中，尤其是當必須通過對高帶寬交換網絡的現有投資來快速訪問大型低延遲數據池時，NVMe / TCP將越來越受歡迎。

　　Eric Burgener認為，雖然FC是存儲的最佳傳輸方式，但隨著更高帶寬以太網新版本的推出，差異化因素會越來越小。因為，以太網能夠以更高的帶寬處理更多的存儲工作負載。

　　Eric Burgener表示，隨著存儲基礎架構越來越多地轉向固態存儲，并且客戶越來越關注基礎架構的效率，基于TCP的NVMe將明顯勝過SCSI，并且價格便宜且易于部署。

　　NVMe-over-TCP未來的發展趨勢

　　眾所周知，NVMe及其規范由網絡、存儲和其他IT相關公司組成的聯盟NVM Express，Inc.擁有和維護。2011年， NVMe規范發布，并定義了主機軟件如何通過PCI Express(PCIe)總線與非易失性存儲器進行通信。目前，其已成為所有尺寸PCIe SSD的行業標準。

　　對于NVMe / TCP，則已經由NVM Express聯盟于2018年正式批準。

　　就目前情況而言，NVMe / TCP支持主要可從網絡供應商那里獲得，例如 Mellanox Technologies(現在歸NVIDIA所有)，以及一些存儲初創公司，包括 Lightbits Labs， Excelero，Pavilion Data和Infinidat。此外，一些SSD芯片制造商，如Kioxia(以前是東芝的一部分)，也支持基于TCP的NVMe。

　　預計在接下來的幾年中，NVMe / TCP的可用性將快速增長。Burgener預測，雖然大多數主要的企業存儲供應商都尚未推出它，但可能會在未來12到18個月內陸續推出。他預測，NVMe / TCP將會在2022年或2023年底，才真正開始增長。

　　對于NVMe / TCP未來的發展，北美技術咨詢公司企業和IT主管Eric Killinger表示，由于疫情導致企業IT投資的下滑，很多企業沒有足夠的預算來使用NVMe技術，這有可能給NVMe / TCP的發展帶來一些影響。但是，由于超過90%的企業正在試驗公有云服務，并計劃利用公有云替代現有的IT基礎架構和服務，因此也給基于TCP的NVMe帶來了蓬勃發展。

　　Killinger預計，SSD存儲OEM廠商將很快進行大規模的市場推廣，因為他們渴望在NVMe over TCP上展示其產品的性能。因此，展望未來， NVMe / TCP的發展前景一片光明前景。

　　原文標題：NVMe over TCP: How it supercharges SSD storage using standard IP networks，作者：John Edwards

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