【原创】与SAS硬盘说再见！英特尔双端口NVMe SSD首测
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继750系列、DC P3700等高性能NVMe SSD后，英特尔今年继续在NVMe高端市场发力，推出了多款新品，其中最让人好奇的就是这两款号称双端口设计、面向数据中心设计的DC D3700与DC D3600 NVMe U.2 SSD。只不过这两款SSD都只有一个U.2接口，那么英特尔为什么将它们称为双端口SSD？这样的设计有什么作用呢？事实上，此双端口SSD非我们最近常说的双口SSD，这个双端口设计来源于此前在SAS硬盘上曾出现过的一个特性。与SATA存储设备相比，SAS存储设备的一个重大优势就是双端口设计。双端口设计简单地说就是一块存储设备可以连接在两个不同的磁盘控制器上，这样即便其中一个磁盘控制器出现故障，第二个控制器也能迅速接手，避免用户无法使用。在具体使用时，虽然SAS存储设备只有一个SAS接口，但通过额外的连接线，可分离出两根数据连接线、一根电源线，两根数据线可以分别连接到有主、从之分的SAS HBA或RAID卡上。同时硬盘会采用Active-Active（双激活）模式工作，以确保当任何一块SAS HBA/RAID卡出故障时，SAS硬盘/磁带驱动器仍能被另一块SASHBA/RAID卡访问。SAS接口虽然有这样的优点，但它的存储性能与当今的产品相比，特别是近期开始流行的NVMe技术相比，仍有明显不足。首先不少SAS存储设备使用的仅是6Gbps接口，这也就意味着它们即便采用固态盘作为存储介质，其传输速度也无法超过600MB/s。即便是近年来开始普及的SAS-3接口也不过只有12Gbps的带宽，而NVMe产品的带宽普遍可以达到32Gbps即4GB/s，能够充分发挥出固态盘的最大性能。同时，NVMe技术的使用，将使得SSD的软件和控制器延迟得到明显降低。
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&&&&进入2016年，我们见证了SATA的风光不再，唏嘘着MLC颗粒的走下神坛。同时，也欢呼着新一代、无延迟的NVMe协议的到来，以及由此而来的固态硬盘性能的极致提升，也承受着3D&TLC颗粒引发的颗粒革命的阵痛。&&&&固态硬盘的产业，正在向前进步；固态硬盘产品，也在不断进化。从高端到主流，再到入门级，越来越多的固态硬盘进入市场，如同沉寂已久的火山般突然迸发，并瞬间点燃了老旧的存储行业，来自全球各地的、各类科技厂商，都开始瞄准新诞生的固态硬盘市场，或创立品牌、或收购厂商、或授权企业，都想在固态硬盘的某个领域取得先机，抢占新兴市场，布局未来产业。&&&&正是由于众多厂商的涌入，多元化的品牌诞生，在繁荣行业的同时，也带来了整个产品选择的困难。今天，笔者就从NVMe协议出发，和大家聊聊那些靠谱的NVMe固态硬盘产品。何为NVMe协议？&&&&在笔者上一篇文章中，有关于NVMe协议的相关解释，在此便不再重新赘言，仅截取相关论述。&&&&NVMe，全称为Non-Volatile&Memory&Express，我们拆开翻译，Non-Volatile&Memory中文译名为非易失性存储器。&&&&熟悉存储的都知道，存储器根据断电后是否能够存储数据为标准分为易失性和非易失性，我们常用的优盘、闪存卡等存储产品就是非易失性存储器，当然固态硬盘产品也是非易失性存储器了。而此处的Express，就是类似于PCIe中那个e，指的是通道或是规范。NVMe协议&&&&一般常识性的理解，NVMe是一种基于非易失性存储器的传输规范，NVMe规范由包含90多家公司在内的工作小组所定制，Intel是主要领头人，小组成员包括美光、戴尔、三星、Marvell、NetAPP、EMC、IDT等公司。&&&&此规范目的在于充分利用PCI-E通道的低延时以及并行性，还有当代处理器、平台与应用的并行性，在可控制的存储成本下，极大的提升固态硬盘的读写性能，降低由于AHCI接口带来的高延时，彻底解放SATA时代固态硬盘的极致性能。&&&&就存储整个流程来说，NVMe不仅仅是逻辑上的协议接口，还是一种指令标准，一种指定协议，它的出现彻底颠覆了存储行业长期以来以ATA为核心底层的存储逻辑，掀起了一场实至名归的存储革命。
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4￥5995￥7996￥5497￥3498￥3799￥43910￥2699企业级SSD市场接口之争：SATA会被NVMe取代吗？ - rodenpark - 博客园
众所周知，NVMe是建立在NVM（Non-Volatile Memory，以Nand-flash为主）和PCIe基础上的一种新的传输协议，区别于SATA/SAS接口上使用的SCSI。SATA由于继承了HDD的生态系统，在成本和兼容性等方面皆具优势，所以成为多数用户的优先选择。
但是进入2017年，这个趋势可能发生变化，我们一起来看看为什么这么说。
首先，NVMe比SATA更能发挥Nand-flash的性能
NVMe在硬件层面省去HBA这一套东西，直接将SSD与主机PCIe对接。这不仅简化了系统的复杂度，更是为发挥Nand性能降低了接口层次的瓶颈（Nand flash由于可以并发访问，理论带宽无上限）。加上定制化的NVMe协议，在存储设备的关键指标Latency和带宽上远远超过SATA接口。
我们以Intel当前上市的产品为例来进一步说明：
1，Intel DC系列SSD中所有SATA SSD最高带宽不大于550MB/s，而NVMe中最大带宽可至5GB/s（P3608系列）。这是由于目前的SATA接口速率6Gb/s限制的。
2，Intel DC系列SSD中SATA SSD的时延普遍大于50us（如s3610系列），而采用同规格Nand（20nm 2D MLC）的P3700系列则只有20us左右。这是由于增加的HBA卡和软件协议导致的。
对于下一代NVM，如3D xpoint，SATA接口将更加无所适从。
其次，3D Nand 的普及让SATA SSD失去价格优势
3D Nand被认为是用来降低SSD价格最有效的方式，因为在相同的纳米制程上，3D Nand可以实现更高的存储密度。
之前由于三星一家独大掌握3D技术也不向下游厂商开放，导致其他家无法使用。但是2016年，Toshiba和Micron都发布了3D Nand的量产计划，NVMe SSD厂商有了新的选择。
理所当然地，SSD厂商很快就发布了3D Nand产品。如Intel的P3520系列（3D MLC），Micron的5100系列（3D eTLC）。进入2017年，会有更多的厂商加入，源引西部数据的预测，2017年中旬，3D Nand将会占据半壁江山。
同样以Intel的产品为例说明3D Nand带来的价格优势。我们选取U.2的NVMe，容量在400GB左右，价格参考亚马逊网站。得到如下结论：
1,&3D Nand让NVMe变得更便宜。比较同为3D Nand的P3520和S3520系列。虽然每GB价格NVMe比SATA高，但是加权使用寿命后，两者的价格已经非常接近，NVMe甚至比SATA还便宜3%。更何况NVMe在带宽和IOPS成本上都优于SATA。
2,&3D&NVMe和2D SATA之间的价格差异缩小很多。比较P3520和S3610，可以看到，两者加权寿命后的每GB成本已经由2D时代的接近10倍降低到3倍。考虑到NVMe的带宽和IOPS成本优势，这个几乎可以相互抵消了。
另外，3D的引入促使SSD的容量大大增加。
2016年市场上就出现了6T以上的NVMe SSD（如HGST的Ultrastar SN260，三星的PM1725），2017单盘容量最大会超过10TB，而SATA SSD的容量还停留在4T以下。
那么原因是什么呢？还是因为SATA接口的限制。容量增大后，每GB性能已无法满足SSD的应用场景（以100IOPS/GB为标准）。
第三，丰富的NVMe接口多方位挤压SATA市场
NVMe已经不仅仅是刚开始的AIC结构（需要直接揭开主机背板，插到PCIe卡槽上），还存在U.2、M.2和BGA等多种形式。U.2和M.2兼容了SATA接口，获得了NVMe、服务器厂商的大力支持。
对于这几种形式，U.2将是未来主流的发展方向，致力于便携管理（热插拔功能）和高性能，而M.2则主要应用于消费者市场。
近来，又有不少声音预测M.2进入数据中心，如自定义的服务器和全闪存阵列。这主要是因为M.2可以补充U.2在功耗和体积方面的不足，正常的U.2 NVMe功耗都在25W左右，这比一般的SATA SSD要大4倍。而M.2的功耗就跟SATA接近了。
还可以将低成本的Nand用在M.2上，填充NVMe的中低端SSD市场。而这个市场恰好就是SATA SSD的主战场。
多家SSD厂商已有M.2产品，如Intel的P3100系列（256GB:$0.48/GB，1TB：$0.40/GB。亚马逊网站），价格都非常亲民。
超微一向对NVMe嗅觉灵敏，那么它有没有支持M.2呢？进入其网站，发现超微确实发布了多款支持M.2的服务器，看来其对M.2进入数据中心早已做好准备。
最后，完善的厂商支持推进生态系统成熟
2016年，NVMe朋友圈还迎来了一个好消息，NVMe over Fabrics规范发布了，预示着NVMe即将进军网络存储市场，作为主要获益者Mellanox自然笑得合不拢嘴。
但是NVMe绝不是寡头垄断，在这个市场，无论是底层的SSD，中间的服务器平台还是上层的存储软件，都可以参与进来。我们看到，其中不乏国内厂商。
NVMe显示出蓬蓬勃心，准备在2017大干一场，下一步就是接受市场的考验。NVMe定会在市场中适应需求并完善自己，形成一股强大的势力。
这篇文章从4个方面阐述了NVMe终会替代SATA的理由。SATA作为机械硬盘时代的领导者，固然有它适用于市场的多个优势。但是时代在变化，底层硬件和上层软件都在进行创造和革新，身处在这个时机，我们即感到幸福又感到丝丝焦虑。
不过，新技术给我们的世界带来进步，不管怎样，我们应该此感到高兴并且准备迎接变化。
本文最先发布于公众号《存储技术最前线》，欢迎关注获取最新NVMe技术和资讯。
1，PCIe NVMe* SSD in Smaller Form Factors by Becky Loop
2，Why NVMe Will Replace SATA SSDs in the Data Center by Michael Smullen
3，http://www./products/nfo/M.2.cfm
5，https://www-/
6，/articles/datacenter-m.2-ssd-pcie-specification,2-950.html
7，/English/Collaterals/Proceedings/9_Keynote4_WD_Sivaram.pdf
8，/NAND-flash-roadmap/}