精選

[主筆漫談] 專屬型微處理器的復興

電腦的世界自始至終都是圍繞在軟體與硬體的協作之上,單純的硬體或是單純的軟體,是無法完成任何事情的。如果從這個角度看,所謂的軟體定義抑或是硬體定義,只不過也就是「為賦新詞強說愁」罷了! 回到本文主題的微處理器身上。早年,也就是從所謂的「電腦」(計算機)剛被發明出來,一直到筆者唸...

2022/02/22

[企業儲存觀察室] 2022+ 值得關注的資料儲存技術發展

NVMe/PCIe
NVMe 是一種協定,是一組允許固態儲存 (SSD) 使用 PCIe 匯流排的軟硬體標準,相當於通訊協定中的應用層;而 PCIe 是實際的物理連接通道。「理論上」NVMe 不一定要使用 PCIe 匯流排,但事實上這是現階段絕大部份的實踐方式,畢竟使用快閃就是求快,沒理由去使用一個較慢的硬體連接方式。而當 NVMe 確立其是快閃儲存資料存取的主流時,PCIe Gen 4 同時也是目前的主流,16 線的傳輸速率可以達到 31.5Gb/s。


傳統上儲存的速度是較慢的,因此應用程序會將活躍資料存在 DRAM 中,快閃的出現改變了這種架構。現在一些先進的應用繞過 CPU 使用 GPU 直接從 SSD 存取資料,在動畫、模擬、加密貨幣、AI/ML、資料採礦和分析等環境中,都可以看到這種新的 IO 方式。如果 SSD 現在可以以接近 DRAM 的速度運作,如果更快的話會如何呢?因此毫無疑問的,PCIe Gen5 以及接下來的世代將會繼續在各個方面改變電腦運算的架構,從 CPU 設計、裝置架構到應用程序的設計,這也會改善使用者體驗,以及各種設備端的處理速度上。

例如電玩,遊戲與虛擬世界的開發人員瞭解重要的不僅僅是儲存的效能,還有整體效能的一致性也很重要,因為儲存是如此的關鍵,有一些遊戲公司在開發遊戲前就先建立儲存架構,當遊戲可以繞過 CPU、NVMe 儲存將穩定的資料流送到 GPU 時,將會有巨大的改變,加載時間減少,虛擬世界擴大。
延伸閱讀:「群聯電子專訪:儲存的未來

資料網路
光纖通道在 2021 年有所增長,而隨著 PCIe Gen 4 與 FC Gen 7 的發展,以及 NVMeoF 技術的成熟,這一個趨勢顯然將會繼續下去。事實上,我們發現 FC-NVMe (或 NVMe/FC) 幾乎已經悄然成為 NVMeoF(這裡的 F 指的是 Fabric,而不是 FC)的主流。這是因為系統供應商會尋求從 NVMe 儲存中獲得最大收益的最佳方式,而利用現成的光纖通道網路來運行 NVMe,是最快且用戶接受度最高的方式,因此我們已經看到許多供應商在產品線中增加了 NVMeoFC 的支援,而這個趨勢也一定會繼續擴大。

在乙太網路中,我們將會繼續看到強調卸載技術來增加效能,特別是基於遠端直接記憶體存取 (Remote Direct Memory Access, RDMA) 的卸載技術。由於支援 RDMA 的乙太網路卡(或稱為 SmartNIC) 己經上市一段時間了,這也擴展了 RDMA 的使用者基礎,因此像 RoCE (RDMA over Converged Ethernet) 這類以 RDMA 為基礎的通訊協定很可能會成為主流,進一步加大橫向擴展檔案(儲存)的市場。而像基於 RDMA 的網路檔案系統 (Network File System over RDMA, NFSoRDMA) 這類的解決方案如果從實驗室走向商用,市場也會產生更大的興趣。
延伸閱讀:「FCIA 2020 光纖通道路線圖」「2021+ 儲存趨勢觀察(之四)

磁碟技術
在 SSD 的競爭壓力之下,過去幾年我們看到 HDD 技術工藝不斷的創新,未來也會是如此。採用傳統充氣技術的 HDD 容量在幾年前就達到了 10TB 的極限。現在使用氦氣封裝填充技術可以在更小的空間中容納更多的碟片,將容量提升到 14TB。更智慧的讀寫頭/臂可以有更小的磁位元與更精準的讀取能力,從而在一般 3.5 吋的外型中實現 16TB 的容量。16TB 是 PMR/CMR 技術的限制,要進一步提升容量需要更小的讀寫頭,並且為其注入額外的非磁性能量,稱為熱輔助磁記錄技術,現在使用 HARM/MARM 可以將容量推升到 20TB+。另一個增加磁記錄密度的方式是用重疊的磁軌,就像是屋瓦一樣,稱為分層磁記錄 (Shingled Magnetic Recording, SMR),但 SMR 為導致寫入效能的不確定性,HDD 製造商透過智慧快取的架構補強,目前的效能也達到可接受的程度。Seagaet 預計到 2023 年會有 30TB 的 HDD,2026 年會有 50TB 的 HDD,Toshiba 則預計在 2024 年推出單顆 30TB 的 HDD。
延伸閱讀:「2021+ 儲存趨勢觀察(之五)」「Western Digital 創新架構以快閃強化 HDD

SSD 則以更大的容量來與 HDD 競爭二級儲存的市場,採用 144(或更多)層的 QLC NAND 快閃記憶體。整體來看,未來(10)年 HDD 與 HDD 將繼續共存,世界對於以低成本提供更大線上儲存容量的需求在不斷增長,2020 年,整個儲存組件產業製造了大約 1,200EB 的可用容量,其中只有大約 1/6 約 200EB 是於 SSD 技術的,其餘的全部是 HDD,兩者的比例為 1:5。由於製造工藝的進步,SSD 的單位成本在降低,但 HDD(以及磁帶)也是如此。就 SSD 和 HDD 之間的總容量分配而言,1:5 預計將會下降到 1:4 左右,但隨著總儲存容量的需求增加,對兩種技術的需求也會增加。如果需求的資料容量是固定的,那麼你可以冀望 SSD 的成本下降到可接受的水準,然後全部使用 SSD,但如果資料量不斷增加中呢?所以現階段去討論以 SSD 全面取代 HDD 是沒有實質意義的。
延伸閱讀:「2018 年的企業資料儲存故事:HDD 與 SSD 的戰爭