告別SATA后的下一步棋，NVMe機械硬盤？

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/周凱揚）無論是在消費級產(chǎn)品中，還是在數(shù)據(jù)中心這樣的場景里，固態(tài)硬盤SSD都已經(jīng)開始成為主流的存儲介質(zhì)，隨著成本一再降低，高讀寫性能的固態(tài)硬盤甚至有了那么一點取代傳統(tǒng)機械硬盤HDD的趨勢。然而，在滿足一些超大容量的存儲中，比如冷數(shù)據(jù)存儲等等，還是以機械硬盤為主。

當(dāng)下主流的機械硬盤中，還是以串行ATA技術(shù)（SATA）為主，雖然也有基于SATA的固態(tài)硬盤面世，并將ATA總線的速度跑至極限。但相對使用PCIe總線的NVMe固態(tài)硬盤來說，數(shù)據(jù)傳輸速度的差異還是沒法相提并論的，哪怕是PCIe 4.0的NVMe固態(tài)硬盤，最快也比SATA固態(tài)硬盤最高快上10多倍。

因此，考慮到平衡成本和性能，也有不少人建議用SATA固態(tài)硬盤來替代SATA機械硬盤。但對于數(shù)據(jù)中心來說，不同的接口對其數(shù)據(jù)傳輸效率和有限的空間造成了一定的影響，比如SAS、SATA等，如果都能轉(zhuǎn)變成PCIe的話，就再好不過了，這也就催生了NVMe機械硬盤的出現(xiàn)。

高速轉(zhuǎn)動磁盤的延續(xù)

在去年的OCP（開放計算項目）全球峰會上，希捷展示了業(yè)界首個原生NVMe機械硬盤，在HDD上展示了支持NVMe的可行性。希捷的方案將對NVMe協(xié)議的支持集成到了HDD控制器上，不需要任何的橋接。

該機械硬盤的SoC原生支持NVMe，同時集成了三模（SAS、SATA和NVMe）收發(fā)器，和希捷已經(jīng)在SSD SoC上驗證過的硬件IP和固件。希捷與合作伙伴一起為其打造了一個2U 12盤位的JBOD（磁盤簇）設(shè)備，同時用到了PCIe交換器來提供硬盤之間的互聯(lián)。

希捷計劃在今年9月給主要的客戶送去單端口NVMe HDD的工程樣品，而雙端口的客戶樣品單元的話則要在2024年中才會面世。很明顯，NMVe HDD真正能夠進入市場的時機還是待定的，但與此同時，相關(guān)規(guī)范的開發(fā)工作仍在有條不紊地進行著。

根據(jù)NVM Express聯(lián)盟的說法，OCP NVMe HDD的規(guī)范從2020年中開始編寫，目前仍是0.5版本，預(yù)計今年年底1.0版本的規(guī)范就會推出。在規(guī)范中，對這類新設(shè)備提出了一系列的要求，比如供電、連接器、端口數(shù)和特性等等。比如3.5英寸的大?。⊿FF-8301或SFF-8323），12V+5V供電、單端口或雙端口，基于PCIe 3.0的低成本設(shè)備可以用SATA或SAS3的連接器，基于PCIe 4.0的高速設(shè)備則需要用到SAS4連接器。

至于設(shè)備特性，OCP的NVMe HDD將遵循數(shù)據(jù)中心SSD的一些要求，比如安全特性等等，但也會對NVMe HDD的部分要求細(xì)節(jié)進行一些微調(diào)。比如同為NVMe 2.0下的設(shè)備，主機要能夠分辨該存儲器是固態(tài)硬盤還是機械硬盤。

當(dāng)然了，為了能夠做到NVMe HDD能夠像PCIe的HDD一樣，可以擁有靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，方便做好存儲設(shè)備管理，無論是直接連接還是磁盤簇，NVM Express聯(lián)盟也提出了需要一個NVMe或PCIe鏈路層，并加入一些電源管理組件，就像希捷去年給出的方案一樣。

成本，還是成本

從價格對比上，我們也能看出NVMe的固態(tài)硬盤明顯要比基于SATA的固態(tài)硬盤貴上一截，那么這樣的情況會不會出現(xiàn)在NVMe上呢？為了推進NVMe HDD得到普及，控制成本自然也被考慮到了。

在上面的規(guī)范中，我們也看到了對SATA、SAS連接器的支持，這樣一來就并不會影響制造流程，因為一旦改變制造流程的話，這種新設(shè)備要想普及起來必然會被成本制約。根據(jù)NVM Express聯(lián)盟的說法，單個硬盤的直接連接成本上，NVMe HDD和SATA HDD的TCO（總擁有成本）是幾乎一致的。

如果是企業(yè)服務(wù)器或數(shù)據(jù)中心這樣需要多個硬盤的環(huán)境中，NVMe HDD甚至可以起到改善TCO的作用。傳統(tǒng)的服務(wù)器環(huán)境需要一個SAS控制器和一個SAS擴展器才能做好軟件上的支持，而NVMe HDD的話，直接調(diào)用Linux或Windows中的原生驅(qū)動即可。

至于將多個磁盤組合在一起的磁盤簇方案，則不再需要SAS控制器和多個SAS擴展器，只需要一個PCIe Retimer和PCIe交換器。所以總體來看，或許對于消費端而言，NVMe HDD目前在成本差異上不大，但對于數(shù)據(jù)中心和企業(yè)方案來說，絕對是一套降本增效的方案。

寫在最后

如果NVMe HDD最終能成為大家預(yù)想中的那樣，在成本和容量的選擇上做到完美的平衡，成為一個降低TCO的首選方案。至于性能的提升，在尺寸維持不變的情況下，最好的方法還是通過多傳動器技術(shù)來突破I/O限制，比如希捷MACH.2這樣雙磁臂方案，不然的話，NVMe HDD甚至沒有支持PCIe 4.0的必要，可以繼續(xù)沿用PCIe 3.0的低成本方案。