6Gb/s SAS推动存储技术发展
- 来源:计算机世界
- 关键字:6Gb/s,SAS,存储,发展
- 发布时间:2011-07-06 16:45
6Gb/s SAS市场目前正处于全面发展的鼎盛时期。现在服务器的主板纷纷采用6Gb/s SAS器件或RAID控制器，支持SATA和SAS驱动器连接的SAS扩展器也在存储系统和驱动器设备领域获得了大量部署。SAS可保护原有中间件投资，它正快速改变着主流服务器市场，并成为领先的企业存储互联技术。从3Gb/s SAS到6Gb/s SAS新增了标准化分区和扩展器发现等增强型企业级功能，这些新添加的改进功能将有助于开辟全新的市场和应用领域，从而推动SAS进一步向高可用性存储解决方案的方向发展。
向企业领域发展
自加密驱动器(SED)和端到端数据保护（通常称为T10 DIF）等增强技术虽然并非SAS所独有，但它们正通过6Gb/s SAS组件和产品的大量部署而加速推广。此外，不同来源的高容量SAS驱动器凭借其在分层存储环境中的架构优势也将对企业SATA驱动器提出挑战。总之，SAS具备的这些优势以及广泛的产品线必然会持续支持SAS的进一步发展。
SAS除了作为基本的服务器存储连接技术之外，驱动器的外形大小，以及产品的丰富性、高可用性、与SATA的共存性以及价位优势等因素，都有助于SAS成为外部NAS或SAN连接型存储子系统的重要选择方案，而这部分细分市场此前一直由光纤通道（FC）驱动器所占据。向外部子系统领域的发展使SAS成为多种云和分层存储环境中外设连接功能的首选技术。
性能扩展
显然，性能是6Gb/s SAS的重要优势。性能改善不仅体现为传输速率翻倍，更体现在协议和架构方面的改进。此外，第二代SAS产品的时延显著缩短，这主要归功于各种器件和组件的驱动器、固件和硬件性能的大幅提升。6Gb/s SAS RAID控制器可轻松支持200个乃至更多的驱动器，还能提供超过2.5GB/s的RAID连续带宽性能，从而全面超越3Gb/s SAS的读写吞吐量。
此外，如前所述的扩展器发现等架构增强性能，可减少主机软件工作的开销，并将发现功能分配给扩展器网络承担，从而大幅减少配置大中型SAS所需的消息发送流量。
第一代SAS使供应商能在多用户、多处理系统以及采用虚拟机的系统中进行磁盘驱动器分区。不过，这种早期方案受到厂商技术的制约。6Gb/s SAS可通过扩展器和SAS交换机设计，为驱动器分区提供标准化机制。SAS交换机其实就是用于可扩展SAS部署的专业化扩展器实施方案，可改进SAS存储的整体可扩展性、可服务性、可管理性以及可用性。见图1所示。
6Gb/s SAS的高传输速率与通过SAS交换机实现的整合端口带宽功能完美结合，可为我们带来一款可共享的低成本存储系统，从而实现出色的性能水平。下面的有效传输速率会根据实施方案的不同而有所差异，同时也受到主机服务器、CPU、SAS HBA/控制器、JBOD供应商以及HDD的影响，尤其会受到用于支持中等构建水平所需的SAS链路数量的影响。
见图2所示，测试设置：
● 6个服务器（每个主机两个HBA）连接到4个JBOD对，每个JBOD对有24个HDD，采用SAS交换机。
● 多个白盒服务器/单Intel Xeon 5520；
● 多个6Gb/s SAS HBA；
● 多个6Gb/s SAS JBOD（4个JBOD对）；
● 一个6Gb/s SAS交换机；
● IOmeter 2006，客户端/服务器配置；
● IO队列深度为8。
结果：
（性能受连接到JBOD的共享SAS端口数量的影响）
● 突发最大值为9600MB/s；
● 理论最大值（考虑系统开销）为8400MB/s？8600MB/s；
● 读取速度为7820MB/s；
● 写入速度为8069MB/s。
这些共享存储系统广泛应用于数据库、数据仓库、交换服务器、预/后视频处理和制作、媒体流、安全、科学分析和安防监控等领域。这种高性能数据共享模型能以相当低的价位为商业解决方案带来真正的企业级功能。
低时延SAS
支持非易失性存储
当然，性能对支持SSD等新型低时延存储设备至关重要。SSD作为数据缓存技术目前被广泛采用，正成为整个分层存储链中的重要组成部分。无论是数据库应用还是数据挖掘、数据仓库、视频制作、流媒体，或是各种其他低时延应用，非易失性存储器解决方案都能在极高的工作负载要求下改进系统的响应时间。
如前所述，我们为了提升SAS性能，已经做了大量工作，并降低了协议时延。SSD I/O性能通常由通道数量以及NAND组件自身时延所决定。即便如此，SAS供应商仍在为进一步降低SAS时延而加大投入，以确保在后续低时延存储解决方案中不会出现时延瓶颈。
HBA控制器解决方案对软件和固件进行了调节，能够充分发挥低时延驱动器(SSD)的优势，从而将RAID 5 I/O的性能从20万次随机IOPS提升到超过45万次的水平。
随着平均响应时间已降至不到200微秒，在目前的6Gb/s SAS技术下，已完全可以推出针对1K随机读取工作负载且超出1M IOPS的系统。
图3展示了SAS I/O的现有性能以及性能发展的保守估计，所有这些优势都可确保SAS继续成为HDD、SSD和其他非易失性存储解决方案的前沿存储架构技术。
SCSI在满足业界性能要求的同时还继续保持经过验证的企业级SAS技术的优势，这将有助于保持SCSI在新型存储架构领域的前沿地位。
SAS将继续发展
随着数据创建和保存需求的不断提升，以及标准化分区和发现技术对6Gb/s SAS可扩展性的改进，高效连接存储支架之间的存储设备通常需要更长的连接距离，同样，在物理存储部署选项中提供更高的灵活性也需要较长的连接距离。
为了解决上述问题，可使用有源铜线延长SAS互连产品之间的连接距离，连接长度可超过20米。近期举办的SAS产品兼容性测试组织（plugfest）的活动证实：大型系统构造采用多条有源线缆在8个分离扩展器组成的网络中进行串联，即使连接距离长达100米也能确保系统的可靠性。这种技术为SAS服务器和子系统提供了更长的连接距离，显著改变了解决方案的格局，从而能够更好地满足结构扩展的需求。
随着连接距离的进一步扩大以及扩展选项的进一步丰富，SAS已成为有效的主机互连选择。这些使用案例对距离的要求虽然不是很高，但需要具备同类最佳的性能，而且要实现DAS的低成本和简便性。因此，SAS可在众多不同市场中与iSCSI和FC展开有效的竞争。
SAS几乎在所有企业存储领域都站稳了脚跟。增强型的企业功能已将SAS从设备连接方案转变为一种重要的存储互连结构，可在分层存储解决方案中发挥重要作用。
新一代SAS设备将随着行业的发展进一步提升性能和扩展性，将实现12Gb/s的传输速率；光学连接和有源铜线连接；可提升系统可用性和可服务性的布线管理；实施多端口SAS，为部署高级SSD解决方案的系统构建人员增加可用的系统带宽。
虽然存储技术的未来发展方向还不明确，但SAS将继续推进高级存储架构的发展，同时保护原有投资。SCSI和SAS技术不仅没有被无数次的市场变革所淘汰，而且还会继续快速向前发展。这种由技术改进和完善的发展策略作为坚实后盾的强韧生命力已成为SCSI/SAS的重要特质，并且在可预见的未来还将一如既往地继续保持这一优势。
Harry Mason
Harry Mason，LSI公司行业市场总监，负责LSI与行业协会和联盟的合作事务，支持存储技术标准的开发。他拥有近30年的半导体从业经验，同时是SCSI行业协会（STA）主席和光纤通道行业协会（FCIA）董事会成员，在这两个位置上任职都已超过10年。他曾参与了众多的业界标志性事件，包括业界第一款PCI元器件、NCR微电子进入商用半导体市场，以及在销售渠道发布LSI的主机适配卡等。
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向企业领域发展
自加密驱动器(SED)和端到端数据保护（通常称为T10 DIF）等增强技术虽然并非SAS所独有，但它们正通过6Gb/s SAS组件和产品的大量部署而加速推广。此外，不同来源的高容量SAS驱动器凭借其在分层存储环境中的架构优势也将对企业SATA驱动器提出挑战。总之，SAS具备的这些优势以及广泛的产品线必然会持续支持SAS的进一步发展。
SAS除了作为基本的服务器存储连接技术之外，驱动器的外形大小，以及产品的丰富性、高可用性、与SATA的共存性以及价位优势等因素，都有助于SAS成为外部NAS或SAN连接型存储子系统的重要选择方案，而这部分细分市场此前一直由光纤通道（FC）驱动器所占据。向外部子系统领域的发展使SAS成为多种云和分层存储环境中外设连接功能的首选技术。
性能扩展
显然，性能是6Gb/s SAS的重要优势。性能改善不仅体现为传输速率翻倍，更体现在协议和架构方面的改进。此外，第二代SAS产品的时延显著缩短，这主要归功于各种器件和组件的驱动器、固件和硬件性能的大幅提升。6Gb/s SAS RAID控制器可轻松支持200个乃至更多的驱动器，还能提供超过2.5GB/s的RAID连续带宽性能，从而全面超越3Gb/s SAS的读写吞吐量。
此外，如前所述的扩展器发现等架构增强性能，可减少主机软件工作的开销，并将发现功能分配给扩展器网络承担，从而大幅减少配置大中型SAS所需的消息发送流量。
第一代SAS使供应商能在多用户、多处理系统以及采用虚拟机的系统中进行磁盘驱动器分区。不过，这种早期方案受到厂商技术的制约。6Gb/s SAS可通过扩展器和SAS交换机设计，为驱动器分区提供标准化机制。SAS交换机其实就是用于可扩展SAS部署的专业化扩展器实施方案，可改进SAS存储的整体可扩展性、可服务性、可管理性以及可用性。见图1所示。
6Gb/s SAS的高传输速率与通过SAS交换机实现的整合端口带宽功能完美结合，可为我们带来一款可共享的低成本存储系统，从而实现出色的性能水平。下面的有效传输速率会根据实施方案的不同而有所差异，同时也受到主机服务器、CPU、SAS HBA/控制器、JBOD供应商以及HDD的影响，尤其会受到用于支持中等构建水平所需的SAS链路数量的影响。
见图2所示，测试设置：
● 6个服务器（每个主机两个HBA）连接到4个JBOD对，每个JBOD对有24个HDD，采用SAS交换机。
● 多个白盒服务器/单Intel Xeon 5520；
● 多个6Gb/s SAS HBA；
● 多个6Gb/s SAS JBOD（4个JBOD对）；
● 一个6Gb/s SAS交换机；
● IOmeter 2006，客户端/服务器配置；
● IO队列深度为8。
结果：
（性能受连接到JBOD的共享SAS端口数量的影响）
● 突发最大值为9600MB/s；
● 理论最大值（考虑系统开销）为8400MB/s？8600MB/s；
● 读取速度为7820MB/s；
● 写入速度为8069MB/s。
这些共享存储系统广泛应用于数据库、数据仓库、交换服务器、预/后视频处理和制作、媒体流、安全、科学分析和安防监控等领域。这种高性能数据共享模型能以相当低的价位为商业解决方案带来真正的企业级功能。
低时延SAS
支持非易失性存储
当然，性能对支持SSD等新型低时延存储设备至关重要。SSD作为数据缓存技术目前被广泛采用，正成为整个分层存储链中的重要组成部分。无论是数据库应用还是数据挖掘、数据仓库、视频制作、流媒体，或是各种其他低时延应用，非易失性存储器解决方案都能在极高的工作负载要求下改进系统的响应时间。
如前所述，我们为了提升SAS性能，已经做了大量工作，并降低了协议时延。SSD I/O性能通常由通道数量以及NAND组件自身时延所决定。即便如此，SAS供应商仍在为进一步降低SAS时延而加大投入，以确保在后续低时延存储解决方案中不会出现时延瓶颈。
HBA控制器解决方案对软件和固件进行了调节，能够充分发挥低时延驱动器(SSD)的优势，从而将RAID 5 I/O的性能从20万次随机IOPS提升到超过45万次的水平。
随着平均响应时间已降至不到200微秒，在目前的6Gb/s SAS技术下，已完全可以推出针对1K随机读取工作负载且超出1M IOPS的系统。
图3展示了SAS I/O的现有性能以及性能发展的保守估计，所有这些优势都可确保SAS继续成为HDD、SSD和其他非易失性存储解决方案的前沿存储架构技术。
SCSI在满足业界性能要求的同时还继续保持经过验证的企业级SAS技术的优势，这将有助于保持SCSI在新型存储架构领域的前沿地位。
SAS将继续发展
随着数据创建和保存需求的不断提升，以及标准化分区和发现技术对6Gb/s SAS可扩展性的改进，高效连接存储支架之间的存储设备通常需要更长的连接距离，同样，在物理存储部署选项中提供更高的灵活性也需要较长的连接距离。
为了解决上述问题，可使用有源铜线延长SAS互连产品之间的连接距离，连接长度可超过20米。近期举办的SAS产品兼容性测试组织（plugfest）的活动证实：大型系统构造采用多条有源线缆在8个分离扩展器组成的网络中进行串联，即使连接距离长达100米也能确保系统的可靠性。这种技术为SAS服务器和子系统提供了更长的连接距离，显著改变了解决方案的格局，从而能够更好地满足结构扩展的需求。
随着连接距离的进一步扩大以及扩展选项的进一步丰富，SAS已成为有效的主机互连选择。这些使用案例对距离的要求虽然不是很高，但需要具备同类最佳的性能，而且要实现DAS的低成本和简便性。因此，SAS可在众多不同市场中与iSCSI和FC展开有效的竞争。
SAS几乎在所有企业存储领域都站稳了脚跟。增强型的企业功能已将SAS从设备连接方案转变为一种重要的存储互连结构，可在分层存储解决方案中发挥重要作用。
新一代SAS设备将随着行业的发展进一步提升性能和扩展性，将实现12Gb/s的传输速率；光学连接和有源铜线连接；可提升系统可用性和可服务性的布线管理；实施多端口SAS，为部署高级SSD解决方案的系统构建人员增加可用的系统带宽。
虽然存储技术的未来发展方向还不明确，但SAS将继续推进高级存储架构的发展，同时保护原有投资。SCSI和SAS技术不仅没有被无数次的市场变革所淘汰，而且还会继续快速向前发展。这种由技术改进和完善的发展策略作为坚实后盾的强韧生命力已成为SCSI/SAS的重要特质，并且在可预见的未来还将一如既往地继续保持这一优势。
Harry Mason
Harry Mason，LSI公司行业市场总监，负责LSI与行业协会和联盟的合作事务，支持存储技术标准的开发。他拥有近30年的半导体从业经验，同时是SCSI行业协会（STA）主席和光纤通道行业协会（FCIA）董事会成员，在这两个位置上任职都已超过10年。他曾参与了众多的业界标志性事件，包括业界第一款PCI元器件、NCR微电子进入商用半导体市场，以及在销售渠道发布LSI的主机适配卡等。
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