PCIe SSD介紹及其應用（一），pciessd介紹應用

PCIe SSD介紹及其應用（一），pciessd介紹應用

SATA/SAS介面的SSD已經面世十幾年了，目前已普遍應用於個人消費領域，但其效能仍無法充分滿足企業使用者對高吞吐、低延時的要求，數年前世界上第一塊PCIe介面SSD問世，以其驚人的讀寫吞吐能力、超低延時迅速獲得企業使用者的青睞。互連網行業是PCIe SSD的最初擁躉，經過多年的實踐已經驗證PCIe SSD的穩定性完全可以勝任企業的24x7工作模式，目前PCIe SSD應用正迅速從互連網行業延伸至傳統行業，甚至進入對安全穩定性要求苛刻的金融行業，可以預期在不久的將來，PCIe SSD很有可能成為伺服器儲存的標準配置。

一.PCIe SSD 基本原理

為寶存科技PCIe SSD硬體邏輯結構：

PCIe SSD儲存顆粒使用NAND Flash（以下簡稱Flash），生活中我們無時無刻不在使用Flash，例如手機的儲存、SD卡、平板電腦、隨身碟等都是基於Flash設計的儲存，相較於這些低速裝置，PCIe SSD將數十甚至數百片Flash組成可並行操作的陣列以提高讀寫吞吐能力、降低延時。為一典型的快閃記憶體顆粒邏輯結構：

Flash由塊（block）組成、塊由頁（page）組成、頁存資料，Flash具有如下特性：

- Flash出廠時就會存在不能使用的壞塊，使用過程中會動態增加壞塊；

- 讀寫Flash必須以page為單位；

- 不可覆蓋寫入資料，必須擦除後才可再次寫入，擦除以block為單位；

- block擦除次數有限制，MLC Flash一般在3000至10000次；

- 寫入資料存在bit翻轉，必須採用ECC加以糾正。

使用者自不必關心這些問題，PCIe SSD軟體演算法屏蔽了這些特點，使使用者看到的就是一塊通用的存放裝置，原來怎麼使用硬碟的就怎樣使用SSD，換句說可以直接替換掉原來的硬碟，不會存在相容性問題。這個軟體演算法有個專有名詞叫做Flash Translation Layer（FTL），這也是PCIe SSD的核心價值所在。Flash的這些特性帶來一些對開發人員和使用者都比較有意義的概念：

- Over Provision（OP）：開發人員必須保留一部分容量以實現FTL演算法，保留容量除以物理容量即是OP值，例如一塊按照1GB=1024*1024*1024B計算的3.2T的SSD，板載Flash物理容量是4T，那麼OP等於(4-3.2)/4即20%，但是根據IDEMA（國際磁碟裝置製造商協會）的規範，存放裝置的容量是按照大約1GB=1000*1000*1000B來計算的，所以一塊標稱3.2T的SSD卡OP大概在27%左右，對開發人員和使用者來說這個值一般越大越好；

- 寫放大係數WA（Write Amplification）：Flash不能覆蓋寫的特點決定了使用者在寫入一筆資料時，FTL可能需要搬運寫入數筆資料，FTL實際寫入資料量除以使用者寫入資料量即是WA，例如使用者寫入16KB資料導致FTL實際寫入32KB資料，那麼WA就等於2。這個值越小意味著更好的效能，理論極限是無限接近1、不可能小於或等於1，優秀的FTL演算法可降低這個值；

- ECC錯誤修正能力：寫入資料存在bit翻轉決定開發人員必須使用ECC錯誤修正演算法，ECC演算法一般由FPGA邏輯實現，這個值越大越好；

- 磨損均衡與使用壽命：Flash塊擦除次數限制決定了FTL必須努力保證使用過程中每個塊擦除次數大致相當，這將影響SSD的壽命，寶存科技設計的ECC與RAID雙重保護，以及FTL可動態替換壞塊的能力和磨損均衡演算法，保證SSD的壽命在每天更新資料5遍的條件下（例如一塊3.2T的卡每天寫入16TB資料）可達到4至6年，在實際使用中可以產生這麼大資料量的業務是很少見的。

二. PCIe SSD績效參數

同一般的存放裝置類似，PCIe SSD主要有如下幾種績效參數：

- 讀寫頻寬（Bandwidth）：讀寫速度；

- 讀寫IOPS（nput/Outputs Per Seccond）：一般是指每秒最大可隨機讀寫多少個4KB；

- 讀寫延時（Latency）：讀寫4KB資料最短完成時間。

一般而言，高頻寬或高IOPS是可以通過增加RAID磁碟組數目來拼接出來，但是傳統磁碟儲存採用機械裝置定址，Latency很大是它無法逾越的障礙，一般而言由磁碟組成的儲存，讀寫Latency都在毫秒或者數十毫秒級，同PCIeSSD相差3個數量級。更為重要的是，對於大多數企業資料庫而言，Latency恰恰是影響效能的最重要參數。下表是寶存科技PCIe SSD各種容量規格的技術參數，供參考。

敬請期待下期內容：PCIe SSD介紹及其應用（二）

三.關於寶存科技

上海寶存資訊科技有限公司（Shannon Systems）由美國矽谷資深技術團隊於2011年歸國創辦，團隊總和經驗超過60年，領域內專利近150件。其中80%的員工從事研發工作，有多名碩士、博士。

2011年，被列入上海市楊浦區“3310計劃 A-類”重點支援企業。

公司總部位於上海市。北京、深圳、重慶都設有銷售、支援中心。

上海寶存資訊科技專註於開發企業級高效能的固態儲存產品及解決方案，提供創新性固態儲存產品，來協助使用者持續最佳化IT系統架構和效能並以此降低客戶的採購成本和維護費用。寶存自主研發並擁有全部智慧財產權的Direct-IO PCle Flash系列產品在效能、容量、可靠性等方面代表了業界的最高水平，在各行業中也得到了規模性的部署和應用。同時，寶存將陸續推出全新一代的基於固態儲存的高效能高可用的計算、儲存系統融合平台。

寶存誠邀各方夥伴與我們一起協力合作，互利共贏，共創輝煌！

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