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不要讓保守的心態限制了企業的儲存效能 (上)

Jun 21, 2019 by GIGABYTE

突飛猛進的新技術將讓企業擺脫硬碟與SCSI命令的包袱

刀鋒伺服器的前車之鑑

生命總會自己找出路，但不保證一定是一條活路，刀鋒伺服器的教訓，殷鑑不遠。

大約在二十一世紀初期的前十年，將機房內所有主要元素融合唯一的刀鋒伺服器 (Blade Server) 曾經是眾多伺服器大廠爭相推廣、媒體分析師拼命吹捧的明星產品，標榜傳統機架式伺服器難以企及的高密度與管理性，描繪出一副只要導入了刀鋒伺服器，後繼維護擴充升級都只要「拔拔樂」，企業機房管理就從此一帆風順的美好願景。

但現實是殘酷的，如同我們後來所見證的，今日的刀鋒伺服器實際市場佔有率根本沒幾趴，連當年樂觀預期數字的零頭都沒有，而且還在逐步減少中，主要需求仍限於特定的大型專案，例如像某些遊戲公司一次買了一堆，結果搞到代管的電信業者機房被迫大興土木的經典案例。

這背後的原因其實很複雜，除了刀鋒伺服器缺乏可被接受的業界標準（電信業導向的ATCA先姑且不論）淪為全球性大廠壟斷的市場（也只有大廠才有那個資源持續開發新的模組）、機箱規格嚴重限制了實際擴充彈性（早期還有受制於供電和散熱，機箱無法插滿運算刀鋒或著限定低時脈處理器的慘劇）、高密度衝擊既有機房的基礎架構（你聽過一上架刀鋒伺服器機箱時，機架逐漸發出扭曲變形的慘叫嗎）、機箱背板一掛就全體設備一同殉情的潛在風險（所以才有廠商刻意宣傳雙背板備援設計），更隱而不現的關鍵是：管理上的挑戰，刀鋒伺服器的管理作業需同時包含伺服器、儲存和網路，假如刀鋒伺服器的系統管理工具難以對現有管理團隊進行有效分工，那就會出現「什麼都要懂，什麼都要會，什麼都要學」的倒楣鬼。

也因此，當追求更高運算密度的企業不想被單一大廠綁架，對成本的重視遠超越對模組化的需求，像「捆綁度」較低的多節點伺服器 (Multi-Node)，如現今多數伺服器業者基於某種默契而約定俗成的2U4Node (2U機箱，四個節點)，就成為符合某位知名藥廠董事長經營理念「先講求不傷身體，再講求效果」的安全選項。

疊床架屋的傳統儲存區域網路墊高管理成本

但在運算密度取得良好折衷是一回事，猶如化外之民的網路儲存設備又是另一回事，無論是區塊存取的SAN（FC、iSCSI）還是自備檔案系統的NAS（CIFS/SMB、NFS），都將帶來額外的管理負擔和建置成本，特別是人力極度有限的中小企業。

基於種種歷史因素，古老資料中心那些SCSI磁碟陣列的「孤島」，慢慢的被儲存區域網路 (SAN) 連接起來，運算與儲存分立的架構，帶來更強大的儲存擴充彈性與更有效的災難恢復能力，但天底下沒有白吃的午餐，佈署儲存區域網路也衍生出更複雜的機房架構與更高昂的設備成本。

乍看之下使用起來最簡單的NAS，則有著極度明顯的效能限制，真的要得到「企業級」的高效能與可靠度，不多砸點銀子進貢給少數幾間歷史悠久的外商大廠是搞不定的。軟體技術（要洞悉CIFS/SMB和NFS是非常高的進入門檻，眾多虛擬平台的支援和認證就更不用談了）與用戶體驗含量極高的NAS從來都不是好做的產品，但妄想進入這塊市場的伺服器廠商卻一直多如過江之鯽，從來沒半間廠商擁有那個實力抵達最後的終點。

詞彙學習：
《如果你還不了解什麼是SAN (Storage Area Network)》
《我們談論的NAS (Network-Attached Storage)是什麼》

突飛猛進的新技術將讓企業擺脫硬碟與SCSI命令的包袱

在二十年前，大概沒多少人可以預想的到，今日一顆塑膠殼包著一片電路板的SSD，就足以乾淨俐落的提供昔日大型磁碟陣列等級的效能。以NAND Flash為首非揮發性固態儲存媒介的急速發展，與結合PCIe匯流排及低延遲軟體堆疊的NVMe，協助企業逐漸擺脫機械式硬碟與SCSI命令的歷史包袱。《詞彙學習：給你一分鐘，一次看懂關於PCIe》

對於虛擬化應用來說，突飛猛進的儲存效能更是完備整體基礎架構的最後一塊拼圖，VDI（Virtual Desktop Infrastructure）的普及更是最佳的例證。即使不提企業級的高端應用，只要是老一輩的個人電腦用戶，多數也經歷過被迫在單一硬碟上執行一堆虛擬機的慘痛回憶，只要一體驗過SSD，以後就再也回不去了。

時代的巨輪也從未停下，近十多年來醞釀已久的眾多非揮發性記憶體 (NVM, Non-Volatile Memory) 技術，經歷多年發展，一個一個開花結果，如Intel與美光合作的改良版電阻式記憶體（ReRAM）3D XPoint 和韓國傾全國之力發展的SST-RAM等等，都兼具了比機械硬碟還長的壽命、遠邁NAND Flash的效能、與凌駕DRAM的容量，不僅逐步重塑我們認知中的記憶體階層，造福方興未艾的記憶體式運算應用，更有助於儲存技術在可見的未來出現劃時代的效能突破與空間革命，光憑藉著半導體製程技術的微縮曲線，就足以讓我們相信固態儲存才是真正的未來，和機械結構的硬碟遲早會出現死亡交叉的那一天。（不過磁帶依舊主宰離線備份，基於雲端資料中心的巨量容量需求，硬碟機應該還是不會完全消失，只是會逐漸凋零）

讓NVMe SSD取代SAS SSD與SATA SSD只是簡單的起手式，NVMe也不限於伺服器內的I/O架構，可藉由NVMe-oF (NVMe over Fabric，目前有三條路線：FC、RoCE與iWARP) 在FC光纖與乙太網路傳輸NVMe協定，透過現有儲存網路，將NVMe應用於外接儲存設備的遠端網路存取，而且其存取遠端儲存的延遲時間幾乎等於本地儲存的延遲，如此一來，才是真正解放了新世代固態儲存媒介的潛力。

順便一提，過去數十年來，大專院校的作業系統課程，當教到記憶體管理時，教授會詢問台下的學生一個假設性問題：假以時日，我們可以擁有一種記憶體，兼備DRAM的效能和硬碟的不可揮發性，那我們該如何打造出最大限度運用這種記憶體的作業系統、檔案系統和程式語言？也許這道難解之題的腳步聲，已經距離我們不太遠了

當儲存再度與運算融為一體

近年來隨著相關條件慢慢水到渠成，如成熟的虛擬化平台、固態硬碟的普及、軟體定義儲存與軟體定義資料中心的興起，崛起中的「超融合 (Hyper-Convergence) 基礎架構」，結合虛擬化、軟體定義化、叢集分散式架構，彷彿將完整IT機房的基礎設施集縮在同一個機箱（Infrastructure in a box）作為標準化通用硬體構成的基本節點，每個機箱如同一塊積木（Building Block），再透過叢集 (Cluster) 化軟體架構，再將積木靈活地堆疊成適合不同應用情境的場景，完全軟體驅動，大幅簡化企業佈署、維護、擴充IT架構的時間與成本。

所謂「運算儲存本一家」並非只是硬體層面「送做堆」即可功德圓滿，以虛擬化平台為核心的軟體定義手段，高度彈性化的運用硬體資源，才是超融合基礎架構的精髓之所在。也因此，外商大廠亦不乏實體層面仍將運算與儲存分離的超融合方案，以提供更靈活的擴充能力（不必一次增加一台伺服器）與更精細的效能管理（避免運算與儲存的虛擬機器互搶資源）。乍看之下似乎又彷彿看到借屍還魂的刀鋒伺服器，但本質上的意義卻大為不同，應用的彈性更是天差地遠。《詞彙學習: 什麼是HCI (Hyper-Converged Infrastructure)》