下一代數(shù)據(jù)存儲技術(shù)發(fā)展方向有哪些？

下一代存儲技術(shù)主要指在存儲介質(zhì)、存 儲協(xié)議等方面迭代創(chuàng)新的一系列技術(shù)的集合。

1. 存儲介質(zhì)演進

（1） 全閃存儲

全閃存儲是以全閃陣列為基礎(chǔ)的存儲系統(tǒng)，是完全由固 態(tài)存儲介質(zhì)構(gòu)成的獨立的存儲陣列或設(shè)備。閃存存儲的高速 發(fā)展，既是新應(yīng)用對性能需求驅(qū)動的結(jié)果，也是閃存技術(shù)不斷創(chuàng)新的成果。Gartner 數(shù)據(jù)顯示，2019 年第一季度全球固 態(tài)存儲（SSA）銷售額達到 25.13 億美元，占整體基于外部控 制器（ECB）存儲市場的 46.8%，同比增長 22.3%；而大中國 市場固態(tài)存儲市場銷售額1.56億美元，增速更是高達約80%。

閃存之所以能夠受到市場的廣泛歡迎，歸根結(jié)底是隨著技術(shù) 的不斷創(chuàng)新，業(yè)務(wù)負載不斷增長，閃存的優(yōu)勢得以凸顯。 閃存存儲普遍被認為是存儲行業(yè)的發(fā)展方向，其具備遠 高于傳統(tǒng)磁盤存儲的數(shù)據(jù)吞吐能力以及更低的時延。數(shù)據(jù)顯 示，固態(tài)硬盤對比機械硬盤，擁有更快的讀取速度、更低的 功耗以及更低的故障概率，實現(xiàn)了對機械硬盤性能的全面超 越，為底層存儲介質(zhì)的替換提供了客觀條件。

（2） 非易失性內(nèi)存

非易失性內(nèi)存（non-volatile memory, NVM）是指斷 電后，存儲的數(shù)據(jù)不會消失的存儲器，是存儲技術(shù)領(lǐng)域近 十余年來最革命的創(chuàng)新。

為開發(fā)出比傳統(tǒng)非易失性存儲介質(zhì)更高速、更低功耗、 更高密度、更可靠的新型非易失性存儲介質(zhì)，研究者們把目 光聚集到一些具有特殊性能的材料上，依據(jù)這些材料提出了 一些存儲介質(zhì)模型。

隨著存儲技術(shù)的發(fā)展和人們對存儲性能的不懈追求，高 性能存儲的探索開始向內(nèi)存通道遷移。同時，非易失性內(nèi)存 填補了從硬盤到 DRAM 之間，存儲在性能、延遲、容量成本的 鴻溝，為多樣化的解決方案奠定了堅實的基礎(chǔ)。非易失性內(nèi) 存技術(shù)能夠存儲不適用于 DRAM 的龐大數(shù)據(jù)集，進行快速計 算，同時與其他存儲介質(zhì)共同組成多級存儲池，讓數(shù)據(jù)更加 靠近處理器，提升存儲系統(tǒng)的整體性能表現(xiàn)。

2. 存儲協(xié)議演進

在存儲系統(tǒng)中，HDD 磁盤和早期 SSD 磁盤大多是 SATA 接 口，傳輸協(xié)議一般采用 AHCI。AHCI 為單隊列模式，主機和 HDD/SSD 之間通過單隊列進行數(shù)據(jù)交互。對于 HDD 這種慢速 設(shè)備來說，主要瓶頸在存儲設(shè)備，而不在 AHCI 協(xié)議和 SATA 接口。不同于 HDD 的順序讀寫特點，SSD 可以同時從多個不 同位置讀取數(shù)據(jù)，具有高并發(fā)性。AHCI 的單隊列模式成了限 制 SSD 并發(fā)性的瓶頸。隨著 SSD 技術(shù)的飛速發(fā)展，SSD 盤的 IO 帶寬越來越大，訪問延時越來越低。AHCI 和 SATA 已經(jīng)不 能滿足高性能和低延時 SSD 的需求，因此 SSD 迫切需要自己 更快、更高效地協(xié)議和接口，NVMe 協(xié)議應(yīng)運而生。

NVMe 協(xié)議旨在提高吞吐量、IOPS，同時降低延遲。基于 NVMe 的驅(qū)動器可實現(xiàn)高達 16GBps 的吞吐量，且當前供應(yīng)商 正在推動 32GBps 或更高的吞吐量。在 IO 方面，許多基于 NVMe 的驅(qū)動器，其 IOPS 可以超過 500,000 有些甚至可提供150 萬、200 萬甚至 1000 萬 IOPS。與此同時，延遲持續(xù)下降， 許多驅(qū)動器的速率低于 20 微秒，有些低于 10 微秒。

2010 年后，F(xiàn)lash 介質(zhì)逐步普及，SCSI 協(xié)議框架的存儲 接口對閃存性能的限制也越來越凸顯出來。NVMe 和 NVMe-oF 技術(shù)的出現(xiàn)打破了這些限制，面向高性能介質(zhì)設(shè)計的多隊列 模型更能發(fā)揮閃存介質(zhì)的性能。NVMe Over Fabric 推動 IP 化、低時延化，基于 IP 網(wǎng)絡(luò)的 NVMe-oF 技術(shù)不但使得存儲 前端網(wǎng)絡(luò)可以基于 IP 直接與本地局域網(wǎng)連接，甚至可以直 接連接廣域網(wǎng)；同時，利用 NVMe-oF 技術(shù)小于 10us 的超低附 加時延，使得替換后端 SAS 網(wǎng)絡(luò)也成了可能，使得整個數(shù)據(jù) 中心可以基于統(tǒng)一的以太網(wǎng)來構(gòu)建，可降低數(shù)據(jù)中心的建設(shè) 成本，降低獨立存儲網(wǎng)絡(luò)的運維成本，并有利于云及大數(shù)據(jù) 應(yīng)用環(huán)境下的數(shù)據(jù)共享。

3. 分布式存儲

分布式存儲是一種數(shù)據(jù)存儲技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)使用企業(yè)中 的每臺機器上的磁盤空間，并將這些分散的存儲資源構(gòu)成一 個虛擬的存儲設(shè)備，數(shù)據(jù)分散的存儲在企業(yè)的各個角落。分 布式存儲的特點有高擴展性、低成本、易運維、易管理等。

分布式存儲技術(shù)發(fā)展趨勢：淡化部署形態(tài)，基于場景融 合和 AI 運維使能的架構(gòu)創(chuàng)新，成為引領(lǐng)技術(shù)未來的關(guān)鍵 產(chǎn)學(xué)研重點圍繞著對海量數(shù)據(jù)不同部署模式下（邊緣、 數(shù)據(jù)中心和云）如何進行數(shù)據(jù)高效處理、發(fā)掘價值、降低成本、綠色節(jié)能等領(lǐng)域進行技術(shù)創(chuàng)新。基于場景融合和 AI 運維 智能的架構(gòu)創(chuàng)新，將成為引領(lǐng)技術(shù)未來的關(guān)鍵。

越來越多的分布式存儲開始支持云上部署，在云上積累 了大量的 workload 和可靠性特征數(shù)據(jù)，經(jīng)過云端訓(xùn)練和本 地推理的協(xié)同，存儲系統(tǒng)可以對故障識別、風(fēng)險識別進行建 模，對訓(xùn)練模型自行優(yōu)化，從而做到真正的智能決策提高效 率。

未來非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)逐漸成為主流，文件/對象/HDFS 幾種 主流非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)服務(wù)的融合平臺成為趨勢。HPC 正在向 HPDA （高性能數(shù)據(jù)分析）、HPC-Based AI 方向演進，新的業(yè)務(wù)負 載要求存儲支持文件、對象及 HDFS 協(xié)議互通，數(shù)據(jù)僅存一 份。如，華為的分布式存儲能同時支持文件和對象的不同接 入?yún)f(xié)議，在 HPDA 場景下滿足不同階段數(shù)據(jù)分析軟件的需求。 進入 NVMe SSD 時代，介質(zhì)性能和壽命相比 HDD 都有了 大幅提升，CPU 反而可能成為性能瓶頸，傳統(tǒng)的集中式存儲 和分布式存儲架構(gòu)都已無法很好應(yīng)對。Disaggregated 架構(gòu) 應(yīng)運而生，他將控制器和存儲介質(zhì)分離，再通過低時延的 NVMe over Fabric 網(wǎng)絡(luò)連接，兼具時延低和擴展性好的優(yōu)勢。

隨著技術(shù)進一步發(fā)展，在存儲介質(zhì)、存儲架構(gòu)、存儲協(xié) 議、應(yīng)用模式及運維模式等方面迭代創(chuàng)新，能夠滿足高性能、 易于擴展、服務(wù)化和智能化等要求。