浪潮自研SSD：基于SR-IOV技術(shù)，助力云數(shù)據(jù)中心降本增效

隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展全球云服務(wù)市場持續(xù)穩(wěn)健增長。根據(jù)Gartner統(tǒng)計(jì)，2021年全球公有云市場規(guī)模達(dá)到3307億美元，增速32.5%。Canalys數(shù)據(jù)顯示，2021年中國云基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)市場規(guī)模增長45%，達(dá)到274億美元。預(yù)計(jì)2026年中國市場規(guī)模將達(dá)到850億美元，五年復(fù)合年增長率為25%。

在智能化、數(shù)字化趨勢(shì)下，基礎(chǔ)設(shè)施市場增長強(qiáng)勁，如何降本增效，開拓創(chuàng)新業(yè)務(wù)是當(dāng)前企業(yè)熱議的話題。繼推出ZNS SSD之后，浪潮存儲(chǔ)針對(duì)云服務(wù)市場推出了基于單根高速直通I/O虛擬化技術(shù)（Single-root I/O virtualization，簡稱SR-IOV）的自研企業(yè)級(jí)NVMe SSD產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)降本增效。

什么是SR-IOV？

SR-IOV，是一個(gè)外圍組件快速互連（PCIe）的標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)?；谶@種結(jié)構(gòu)，上層系統(tǒng)的虛擬層可以對(duì)服務(wù)器存儲(chǔ)盤IO進(jìn)行管理及共享?，F(xiàn)如今隨著NVMe SSD的單盤容量不斷提高、IO性能越來越快(隨機(jī)讀達(dá)到100M IOPS以上)、主機(jī)CPU核數(shù)越來越多和能耗比要求的不斷增強(qiáng)，能夠消除軟件和虛擬化開銷的基于SR-IOV硬件I/O虛擬化解決方案迎來了廣闊的市場空間。

例如，某互聯(lián)網(wǎng)一線云服務(wù)供應(yīng)商，可以提供不同的云硬盤出售服務(wù)，包括提供不同容量、帶寬、IOPS的QoS服務(wù)。一個(gè)宿主機(jī)支持多個(gè)提供SSD存儲(chǔ)服務(wù)的虛擬機(jī)，并且SSD的容量（50G/100G/150G等）可以由終端客戶(虛擬機(jī)的購買者)進(jìn)行自主選擇，同時(shí)要求每個(gè)虛擬機(jī)都要保證服務(wù)質(zhì)量。這就對(duì)SSD設(shè)置了技術(shù)“門檻”：其一SSD要實(shí)現(xiàn)性能隔離，每個(gè)Mini-SSD使用特定額度的性能且互不影響；其二SSD要能支持QoS控制，保證每個(gè)Mini-SSD性能負(fù)載均衡，讓多個(gè)Mini-SSD性能總和貼近一個(gè)完整SSD的性能。

針對(duì)互聯(lián)網(wǎng)用戶需求，浪潮存儲(chǔ)基于第二代自研PCIe 4.0 NVMe SSD實(shí)現(xiàn)I/O虛擬化（SR-IOV）功能，支持1個(gè)物理功能（PF）和127個(gè)虛擬功能（VF）。浪潮SSD能夠?qū)⒅骺厮С值?025個(gè)隊(duì)列和中斷，通過虛擬化管理命令動(dòng)態(tài)地將資源虛擬化隊(duì)列（VQ）和虛擬中斷（VI）分配給不同的虛擬功能，每個(gè)虛擬功能支持65個(gè)虛擬隊(duì)列和虛擬中斷。同時(shí)浪潮SSD將整個(gè)SSD的用戶存儲(chǔ)動(dòng)態(tài)分配為128個(gè)命名空間（Namespace），將其自由地關(guān)聯(lián)到不同的虛擬功能上，進(jìn)行邏輯區(qū)塊地址（LBA）的隔離，保證每個(gè)命名空間的最大讀帶寬/寫帶寬、最大讀IOPS/寫IOPS。如下圖所示，

SR-IOV SSD架構(gòu)圖

浪潮存儲(chǔ)自研SSD NS8600G2將NVMe SSD與SR-IOV結(jié)合，在多個(gè)虛擬機(jī)情況下進(jìn)行物理資源共享，虛擬機(jī)可直接訪問硬件資源，降低宿主機(jī)的CPU利用率，充分發(fā)揮SSD的高性能。在虛擬化和云計(jì)算場景下，浪潮企業(yè)級(jí)SSD借助SR-IOV虛擬化技術(shù)可以減少用戶所需PCIe設(shè)備數(shù)量，同時(shí)使用NVMe SSD能夠?qū)崿F(xiàn)多命名空間管理，不同命名空間分配給不同的虛擬主機(jī)，從而達(dá)到數(shù)據(jù)IO相互隔離和QoS性能保障的目標(biāo)。

浪潮SSD通過將底層高速存儲(chǔ)介質(zhì)和SR-IOV特性的結(jié)合，降本增效顯著，具體如下：

一是高QoS :無需軟件虛擬層或者硬件卡，算力與IO實(shí)現(xiàn)同路徑，延遲降低60%以上;

二是節(jié)約成本：節(jié)省主板PCIe插槽資源和額外PCIe卡的運(yùn)維開銷，對(duì)比加速卡方案預(yù)估節(jié)約成本2K以上；

三是虛擬層精細(xì)化：云主機(jī)卸載CPU算力10%，支持多虛擬機(jī)環(huán)境下的SSD的空間隔離，虛擬化算力由各個(gè)SSD控制器承接，虛擬化管理更加精細(xì)精準(zhǔn)。

近年來，浪潮存儲(chǔ)持續(xù)加大研發(fā)投入和創(chuàng)新，將底層硬件核心部件技術(shù)與用戶應(yīng)用場景需求緊密結(jié)合，發(fā)揮閃存的高效、可靠、綠色優(yōu)勢(shì)，以技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)化產(chǎn)品方案助力關(guān)鍵行業(yè)實(shí)現(xiàn)突破應(yīng)用，全面釋放數(shù)據(jù)價(jià)值，加速數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

審核編輯：湯梓紅