【IT168 评论】大数据时代的到来，让传统的机械磁盘在性能、容量等多方面捉襟见肘。闪存在IOPS、延迟及带宽三大性能指标上的绝对优势使之倍受青睐，迅速取代硬盘成为不可或缺的存储介质。在过去一年的飞速发展中，闪存在数据中心中担任的角色越来越多样化，从服务器中的PCIe闪存卡、存储阵列中最适合存放热数据的全闪存阵列、适合分层存储的混合阵列，再到RAID卡中的掉电保护闪存模块等等不一而足。
不过，面对超大型数据中心用户某些关键性应用需求，传统意义上的闪存产品也会有点力不从心。早在几年前，50k IOPS的系统俨然非常高端，而今，却已连入门级水平都达不到。为满足这类高端用户的诉求，PMC公司近日推出了IOPS高达千万次的闪存产品——FlashTec NVRAM闪存加速卡。据PMC方面介绍，这款全新的闪存加速卡采用PCI Express (PCIe) 3.0接口，直接与主机相连，从而优化了CPU利用率。千万次IOPS，如此高的性能是当今最快SSD的十倍。这样一款跨时代的闪存加速卡的诞生，会对数据中心应用带来哪些改变?
▲现有存储系统架构中的瓶颈
当今市面上的存储系统存在若干具有普遍性的问题。通常情况下，数据从外部接口进入，存储引擎则进行数据处理。每种存储引擎均有其各自的特性，可以进行数据应用，或压缩、加密及映射等。在存储引擎处理数据的同时，还要进行应答，并将应答发送给高层应用。为了实现这一点，所有的存储系统均采用某种写缓存来尽可能快地作出应答，使应用得以执行各自的任务。此外，数据处理部分还会产生许多元数据。对每一个进入系统的I/O，元数据处理均如影随形般进行着。显然，也需要元数据存储来辅助数据处理。因此，这两种负载成为了存储系统中的瓶颈：写缓存和元数据缓存，亟需解决。
▲关键型任务性能缺口
这两种负载的主要特点均需要存储设备具有尽可能高的性能才能应对。理想的目标是这两种负载都能达到与上图中最上层的内存相当的性能。同时，也希望具备与图中底层所示的外存相当的非易失性来弥补内存在断电情况下数据容易丢失的问题。观察从内存到外存的存储层级，可以看出，这两种负载所需要的理想存储介乎外存与内存的层级之间——姑且称之为：关键型任务性能缺口。
如何应对这些挑战呢?或许很多IT管理人员自然而然的反应都是：“用SSD来解决吧。”但如上图所示，以100k IOPS的系统为例，如果打算采用400GB SSD，即蓝线所示，那么，400GB SSD所需的耐久度是每天写100次。这显然是闪存无法达到的。
由于耐写度的问题，目前闪存无法胜任不断攀升的IOPS速度。既然闪存不行，那么性能更佳的DRAM能否胜任呢?DRAM在性能上的表现可谓有目共睹，但DRAM的缺点在于其容易受到电源故障的影响。所以必须为DRAM提供保护。保护DRAM的办法通常是加入集成的UPS系统或电池备份单元。而电池本身就存在一系列问题如可靠性差、生命周期比系统短等等，从而产生了维护的巨大困难。此外，电池要占据大量空间。有电池备份的存储机架中，四分之一的位置都被电池所占据。显然，这些为电池所霸占的空间完全可以更好地利用。
▲Flashtec NVRAM加速卡外形
针对以上这一系列难题，PMC推出了这款特别的NVRAM加速卡解决方案。据PMC资深产品拓展工程师张冬介绍，PMC Flashtec NVRAM闪存加速卡结合了DRAM的高速和耐用与NAND闪存的持续性，不仅提供的IOPS超过千万次每秒，延迟也低于微秒。目前，Flashtec NVRAM加速卡共有4GB、8GB和16GB 3种容量可供用户选择，最早将于今年四季度投入量产。
从硬件外观上来看，这是一款标准尺寸半高、半长的PCIe卡。之所以在前文中称Flashtec NVRAM加速卡是跨时代产品，是因为NVRAM 加速卡创立了一个独特的存储层级——DRAM和SSD之间的高性能存储层级，填补了内存层与SSD层之间的空白。它采用了行业标准的接口，PCIe接口，NVMe接口以及原生内存映射访问接口，因此，可以缩短系统上市的时间，降低总体拥有成本。
▲PMC打造全新存储层级——NVRAM
不过，在当前市场中，除了NVRAM之外，闪存还有其他的创新方案。比如现在比较流行的NV-DIMM产品，其通过闪存+电容组成的内存条的方式来提升处理速度。对于两者之间的主要区别，张冬指出：“NV-DIMM的机制与FlashTec NVRAM类似，但是FlashTec具有容量大、不占用DIMM插槽，FlashTec还有一个专门的处理器来移动数据，减轻CPU的数据移动处理消耗。”
这样一款超高性能的产品，业界人士普遍反映其所能应用的领域并不会很多。张冬也坦言道，Flashtec NVRAM加速卡必然不会像通用型的闪存产品那样，拥有广泛的应用领域。它主要针对的是有着极高的性能需求，业务压力很大的场景。不过，基本上每个存储系统里面(尤其是分布式存储)都需要这种形式的加速卡，比如IO进来以后作为日志来用，它们都有潜在的此类需求。
展望未来，随着闪存产品接纳度的普遍提升，闪存厂商之间的竞争在日趋白热化。同时，日益复杂多样的应用也在驱动着对不同闪存产品的需求。NVRAM加速卡的推出不仅仅起到了填补空白的作用，同时也为设备厂商以及数据中心用户提供了一个全新的选项。
