当前业界2.5英寸/3.5英寸硬盘主要有三种电气接口:PCIe、SAS和SATA。Intel主推的SATA接口已经卡在6Gbps速率很多年,处于事实上的迈向死亡状态。PCIe接口在沉寂多年之后,随着AI技术的兴起而迎来一轮爆发。PCIe Gen4 Base & CEM规范已经先后在2017年和2019年正式发布;PCIe Gen5 Base规范在2019年正式发布,PCIe Gen5 CEM规范已经进入最后的审核阶段;最新的PCIe Gen6 Base规范已经生成Draft 0.5版本,即将完成所有技术规格的制定。
相比于PCIe规范近几年大跃进式的发展,SAS规范则在不声不响中逐步演进。在2019年11月,使用24Gbps接口速率的SAS 4.1规范正式发布。而下一代SAS 5.0规范也在酝酿中,将会把接口速率进一步提升到48Gbps。
SAS技术Roadmap
在超大型数据中心里使用了很多全闪存阵列,从性能的角度考虑,更多地倾向于使用PCIe接口的NVMe硬盘。但在企业用户侧,通常会更多地使用带有RAID卡和HDD/SSD硬盘的存储型服务器,因此倾向于使用更为便宜的SAS/SATA接口硬盘。Kioxia这次推出的PM6 SAS 4.0接口SSD硬盘,即可以后向兼容,又通过接口速率的提升极大地提高了SSD硬盘的读写性能。
Kioxia PM6 SAS4 SSD在企业市场上的优势
24Gbps的SAS4接口使用128b/150b的编码方式,其中有20个比特位是用于FEC前向纠错。因此,SAS4的实际速率为22.5Gbps。相比于12Gbps SAS3接口,速率并不是线性翻倍。由于目前PCIe Gen4速率为16Gbps,在接口使用相同通道数量的情况下(x4或x8),SAS4接口的硬盘其数据带宽还要略高于PCIe Gen4接口硬盘。
Kioxia给出了全球企业硬盘总容量的发展趋势图,需要注意的是,图中是以硬盘总容量为单位,而不是以硬盘出货量为单位。考虑到历史的存量因素和更低的存储成本,SAS/SATA HDD硬盘的总容量仍然会保持增长。对于企业冷存储而言,HDD硬盘是不错的选择。虽然SAS SSD硬盘总容量占比不多,但考虑到SSD硬盘更快的读写性能,目前购买SAS3 SSD硬盘的用户仍然会继续购买SAS4 SSD硬盘。Kioxia PM6 SAS4 SSD硬盘正是针对这些客户的产品。
Kioxia给出的趋势图中蓝色部分(PCIe SSD硬盘容量)从2021年开始会有明显的放大,除了PCIe NVMe SSD硬盘的正常增长之外,PCIe Gen5和CXL规范从2021下半年开始的应用,将会改变存储访问架构,从而促使新一代的PCIe SSD大规模的应用。
Kioxia PM6 SAS4企业级SSD的主要特性
针对密集读负载、读写混合型负载、密集写负载,Kioxia PM6 SSD分别具有1、3和10的DWPD性能(每日整盘写入次数:Drive Write Per Day)。PM6 SSD使用了新的U.3接口,使用U.3接口的单板也可以插NVMe SSD硬盘。PM6 SSD也可以后向兼容12Gbps SAS3和U.2接口,从而在现有服务器上降级使用。
Kioxia PM6与SAS3 SSD的读写性能对比
Kioxia将PM6的读写性能与SAS3 SSD进行了对比,由于接口速率接近翻倍的提升,因此PM6 SAS4 SSD在顺序读写和随机读写上的性能都有了大幅提高。唯一值得注意的是PM6 SSD的读时延提升并不明显,这主要是由于Kioxia在PM6上使用了不同的NAND技术导致的。总的来说,使用最新的SAS4接口,用户可以获得更高的SSD读写性能。
总 结
在PM6 SAS4 SSD发布之前,Kioxia已经推出了CD6/CM6 PCIe Gen4 SSD。PM6 SAS4 SSD的发布,进一步完善了下一代存储市场上的SSD硬盘种类。针对更为主流的PCIe Gen4接口SSD,业界主要存储厂家均已推出了对应的产品:
Kioxia PCIe Gen4 CD6和CM6 SSD
Samsung PM1733 PCIe Gen4 NVMe SSD
SK HynixPE8030 PCIe Gen4 SSD
群联电子(Phison) QLC NAND PCIe Gen4 SSD
随着AMD支持PCIe Gen4接口的EPYC系列处理器更为广泛的应用,以及Intel将在今年底推出支持PCIe Gen4接口的Ice Lake Xeon-SP CPU,整个产业界将会向着更快速率接口的SSD硬盘切换,这也将带动SAS4 SSD硬盘的普及。