金融数据中心核心存储系统发展趋势

        1．磁盘

        磁盘是核心存储系统最基本也最重要的组成部件，是数据的最终载体。经过多年的发展，不仅机械磁盘综合评价指标有较大幅度的提升，而且基于新型材料的SSD也逐步推向市场并有加速应用的趋势。目前，磁盘领域形成了以机械磁盘为主体，以SSD为辅助的应用格局。

        机械磁盘的指标评价通常有两个：转速和容量。虽然机械磁盘的转速由3600RPM提升到15000RPM，容量由GB提升到TB级，但受限于机械磁盘的寻道时间限制，单块磁盘整体性能提升有限。核心存储系统虽然可通过RAID技术提升存储系统对外性能，但因单块磁盘容量越来越大，存储系统内部磁盘重构所需时间越来越长，影响了核心存储系统整体的高可靠性。以一块容量为2TB、转速为7200RPM的机械磁盘为例，重构时平均写入速度为30Mbps左右，理想情况下完成重构时间长达18个小时（2×1024×1024/30/3600）。

        基于非易失性半导体发展起来的SSD，因其控制环节不包含机械操作，所以SSD整体性能与机械磁盘相比有了质的飞跃：连续、随机读写操作IOPS都有10倍以上的性能提升，响应时间由毫秒级下降至微秒级。SSD单块磁盘性能的整体提升，配合全新的数据传输总线、软件管理技术，为实现百万级IOPS的核心存储系统提供了可能性。

        2．处理模块

        内存和处理器是核心存储系统的处理能力供给模块。伴随核心存储系统产品不断升级换代，最新的内存和处理器都在最新产品中得以应用。随着技术不断突破，内存和处理器的性能不断提升，功耗不断下降。如CPU的主频，从2001年至2014年提升了6至10倍；CPU内部结构更加紧凑，一颗CPU由单核发展至目前的4到10余核；其缓存部署更加层次化，通过增加三级缓存及调整缓存使用方式，进一步提升CPU的处理能力；除此之外，还有前端总线带宽、工作频率等方面，都有巨大的提升。综合分析，内存和CPU的整体处理能力提高了500多倍。

        经过市场的选择，目前以CPU为主的处理模块偏向于单一化、集中化。存储厂商普遍采用业界主流的x86架构的CPU芯片作为其高档存储产品的处理单元。另外，虽然半导体工艺的快速发展促进了CPU内部core的数量极速增加，但受限于材料特性，CPU的主频近年来处于相对稳定的频段（2.5GHz～3GHz）。在单颗CPU整体性能处理高位阶段，近一步提升核心存储系统处理模块性能的方式将再次回到“CPU+协处理器”或“CPU+专用处理器”的模式。

        3．接口模块

        接口模块是核心存储系统的输入输出通道，是存储系统必不可少的组成部分。从客户使用的角度看，最关注的组件有接口和链路两个部分。其中，接口负责输入、输出数据及相关的处理，除内部专用芯片外还有所使用的协议。目前市场上常见的协议有FC（Fibre channel）、SAS（Serialed Attached SCSI）和InfiniBand三种。FC多用于前端接口，速率有4Gbps、8Gbps、16Gbps等，是目前主流的SAN网络的存储协议；SAS多用于存储系统后端环路，速率多为6Gbps，是核心存储系统内部数据传输主用协议；而InfiniBand协议由于其高带宽（20Gbps、40Gbps等）、低时延（纳秒级）特性，早已在存储界被深入研究。随着数据处理量的极速增长，客户需要核心存储系统提供高带宽、低时延的服务，存储系统前后端处理协议仍将处于不断更新和快速发展阶段。

        链路则对应于接口的物理层，是存储系统内部互联的重要组件，对接口速率有直接影响。其材质主要有铜缆和光纤两种。铜缆在早期存储系统后端高速环路短距离连接中普遍应用。随着SAS、InfiniBand等链路带宽的提升，光纤凭借其可远距离连接、扩干扰性强、易于维护等特性已经得到且将进一步广泛应用。

        4．RAID

        RAID技术是存储系统存在的基础，它通过不同的固有算法，将一份数据分散到存储系统中尽可能多的同规格磁盘上，通过数据冗余保存实现存储系统整体对外的高安全性，通过多块磁盘联动实现存储系统整体对外的高性能。在存储相关技术快速发展过程中，由于磁盘性能提升相对缓慢而给现有传统RAID模式带来了相关问题：主要体现在磁盘重构过程时间长而引入的安全隐患；少数量磁盘所组成的RAID组难以满足实际I/O需求；多个RAID组I/O管理外置于服务器操作系统层等。

        为了解决这些问题，存储领域引入RAID 2.0技术，其要点是RAID组的粒度由单块物理盘变为固定大小的盘块（MB级别），如图l所示。因为RAID粒度已细化到很小的盘块，所以，一个LDEV可由来自多块磁盘或者所有磁盘的盘块组成。这些磁盘形成共鸣，会形成非常大的I/O能力，使存储的性能得到较大提升。同时，由于盘数量的变化，磁盘重构时间迅速缩短，提升存储系统整体可靠性。最后，I/O分散工作由服务器端下沉，实际上减轻了服务器端I/O配置管理工作量。

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