数字化转型为何缺不了NVMe全闪存？

都说数据堪比新时代的石油，极富价值。但比数据本身更重要的是，数据价值如何快速、高效地释放。毫无疑问，谁能快速、高效释放数据价值，谁就在激烈市场竞争中占据主动。
来看个鲜活的例子：某大型股份制银行，有超过2万名员工属于重度的数据消费者，从日常的精准营销、精细化运营到风险控制等，时时刻刻都需要使用数据。但随着业务量的增加，数据报表打开率却不尽如人意，过长的等待时间对业务体验和效率带来显著影响。该行系统负责人透露：“专门团队使用各种招数对数据报表进行性能优化，效果依然不太理想。最后发现是硬件协议的瓶颈。更换了端到端nvme全闪存之后，业务性能得到质的飞跃。”
无独有偶，随着千行百业数字化转型的深入，nvme这项小小的存储协议愈发牵动着用户的心。很多用户逐渐意识到，ssd等介质革命固然带来了io的巨幅提升，但nvme协议才是发挥性能的关键，而端到端nvme则犹如打通存储系统乃至整个数据中心的任督二脉，让数字化转型真正走向“高速之路”。
nvme为何至关重要
数字化转型需要基础设施铺就一条高速之路。
一直以来，作为承载数据的存储系统被寄予厚望。十多年前，当闪存进入到存储系统之后，人们普遍认为数据中心的性能瓶颈将被彻底打破。然而，采用了ssd的存储系统在真正业务场景中性能表现并非“一飞冲天”，甚至某些业务场景是“有力使不出”。
究其原因，存储协议才是关键。
在ssd进入市场的早期，为了迅速融入到数据中心的生态系统中，硬盘数据划分的扇区、lba等概念都被ssd所“继承”，甚至接口协议／硬盘外形规格也被保留下来。这样的好处就是，在数据中心生态中，不论是操作系统层面，还是物理规格层面，从机械硬盘过渡到ssd都是透明的，对用户影响极小。
但保留了兼容性，性能必定会做出一定的牺牲。传统sas协议还是机械硬盘时代的产物，复杂的系统架构、过多的协议解析、有限的队列并发能力，限制了ssd性能优势的发挥。
因此，专门为ssd设计的nvme协议孕育而生，它去掉sas系统中的scsi等复杂协议层，降低了协议开销，减少交互次数，以及成熟的多队列机制，让它能消除数据路径的延迟，实现对ssd介质并行访问数量指数级增长，并且支持以太网、infiniband、fc等多种高速网络，与ssd可谓是天合之作。
如果说ssd的出现，为数据存储铺就了一条“高速公路”；那么，nvme就成为“高速公路”最新的运营规则，它确保了数据可以快速、高效地进行处理。
从2009年全球90多家公司组成nvme工作组，到2011年nvme 1．0版本正式推出，再到2021年6月nvme 2．0版本推出，nvme产业生态不断走向完善，从nvme芯片组、nvme ssd产品、nvme协议等均取得了长足进步。
如今，nvme已经不仅仅是一种闪存的接口协议，更是发展到整个存储网络领域，端到端nvme、nvme全闪化成为大势所趋，从而进一步释放数据存储的性能潜力。
端到端nvme已成大势所趋
最早期的全闪存阵列上，往往采用sata／sas接口的ssd；再之后，支持nvme 的ssd出现，很多全闪存开始在存储后端更换成nvme ssd，性能得到进一步提升。但并不意味着存储系统的性能达到极限。
如何将全闪存等存储系统的性能潜力彻底挖掘出来？
端到端nvme被认为是大势所趋。在后端采用nvme ssd之后，存储厂商们开始将目光瞄准到全闪存的控制器架构。过去，大部分全闪存的控制器架构是专门为机械硬盘而设计的。显然，阵列控制器以及存储网络协议也需要与时俱进，适应时代的发展，让nvme充分发挥出性能红利。
因此，nvme over fabrics孕育而生，作为存储阵列与前端主机连接的通道，nvme over fabrics实现nvme标准在多种网络上的扩展，并且取代了过去fc、iscsi等协议，降低存储网络协议栈处理开销。前端主机可以使用本机nvme协议直接与nvme ssd进行通信，进一步提升性能和降低延时，适应ssd介质驱动的存储控制器架构演进。
目前，所有存储厂商都在积极布局端到端nvme全闪方案。例如，华为在业界实现了全系列端到端的nvme产品：在端到端的nvme高速通道上，华为采用自研asic接口模块、自研asic ssd盘／框设计，从协议解析、io转发、业务优先、硬件加速等方面对nvme进行全面支持，为数据传输提供高速通道。
来看看这样设计带来的好处，采用端到端nvme设计的oceanstor dorado，nvme协议相比scsi协议减少了40％的主机网络协议栈开销，节约主机cpu消耗，在同等性能情况下支持更多的主机应用；此外，通过nvme协议，cpu和ssd盘可直接通信，缩短传输路径，协议的并发数提升到64k，协议交互次数从4次减少为2次，读写请求处理效率提升1倍以上。
从华为实验室环境测试数据来看，在8k io、100％读场景下，oceanstor dorado 端到端时延能从562us降低到50us，时延缩短了10倍。更加关键的是，华为存储从高端到中低端均能做到端到端nmve，支持端到端全系列nvme。
如今，很多业务场景都是分秒必争，比如实时交易、机器学习等，这些应用场景无论是业务规模还是数据量均今非昔比，对于处理和访问数据的速度要求越来越快。以刚刚结束的6．18购物节为例，十年时间单峰值扩大了上千倍之多，多家银行在海量交易峰值早已突破上万的tps（每秒处理事务数）。
所以，随着千行百业数字化转型的深入，端到端nvme必定会帮助企业构建起强大和快速的基础设施，加速数字化转型。
普及nvme，降成本和破技术惯性是关键
众所周知，在企业级领域，新技术的过渡与普及受制于成本和技术惯性，往往需要一个较长的周期。
以成本为例，很多情况下，升级换代到端到端nvme的存储需要增加额外成本，如果这部分成本不能控制在比较合理的空间，就会延缓nvme的普及和应用。
又如，技术惯性也是不能忽视的因素。截止到去年，服务器平台的pcie在gen3已经停留多年，逐渐形成强大的技术惯性，束缚了数据中心用户在存储端的更新换代。不过，随着未来几年，数据中心服务器平台快速向pcie gen4和gen5演进，给存储、网络空间带来了极大的提升空间，也让端到端的nvme全闪存方案有望打破技术惯性，加速在数据中心用户中的普及。
值得一提的是，华为存储近年来一直致力于端到端nvme 全闪存方案的普及，不仅在技术、产品层面不断打磨与创新，其oceanstor dorado系列nof＋联合方案更是在中国银行、华夏银行等多个行业头部客户得到成功商用。
此外，为进一步消除数据中心用户在成本和技术惯性上的束缚，华为存储近日还正式推出了华为flash only pro活动：凡是新订单即可由sas全闪存免费升级为nvme全闪存，并且该活动适用oceanstor dorado全闪存全系列产品。
面向未来，随着nvme技术的成熟和不断完善，端到端nvme方案必然将加速在数据中心的普及速度，未来数据中心必定是nvme的天下。而对于广大身处数字化转型的千行百业用户，登上nvme这趟高速跑车，必然会在数智化时代中实现唯快致胜。