原标题：储存月报第12期：NVMe over Fabric储存发展
过去两个月以来，陆续传出几起关于NVMe over Fabric储存设备发展的消息，让这种备受瞩目的新一代I/O介面标準的实际应用发展，有了更清晰的轮廓。
凭藉着结合PCIe汇流排与全新软体堆叠架构所带来高频宽、低延迟效能，NVMe堪称是进一步解放固态储存装置效能的关键技术，而
NVMe over Fabric（以下简称NVMeF）则是基于NVMe的外接远端存取架构，目的是让远端存取应用，也能获得NVMe所带来的高效能，特别是NVMe全新软体堆叠设计所带来的低延迟优势。
NVMe高效率的关键——全新软体堆叠设计
NVMe的优势不仅在于硬体方面採用了PCIe这种高效能汇流排规格，还在于採用了更具效率的软体堆叠架构。
在NVMe诞生前，就已经有採用PCIe介面的固态储存设备存在，如各式各样的PCIe SSD卡产品，也有少数外接储存设备採用了专属的PCIe外接介面，这些产品都能透过PCIe汇流排，大幅提高传输效能并降低存取延迟，但软体堆叠仍旧是基于传统的SCSI协定，在远端存取过程中，这会消耗100μs（0.1ms）左右的延迟。
就过去的储存应用来说，PCIe汇流排提供的低延迟效能已十分足够，SCSI协定额外增加的100μs延迟影响并不大。不过随着固态储存装置效能的进一步提高，SCSI协定所造成的延迟增加，也变得越来越不能忍受，而这正是NVMe协定发挥所长的时候。
透过新设计的软体堆叠架构，NVMe协定拥有更具效率的存取机制（省略了读取暂存器、提供更大的驻列深度、更有效率的平行多执行绪等），可大幅降低PCIe SSD的存取延迟。
以OpenFabrics Alliance提供的数据为例，当传输架构的底层同样使用PCIe 3.0×4汇流排时，採用传统SCSI协定的SSD存取延迟大致在90～100μs左右，但若改用NVMe协定，则可将一举将存取延迟降到20μs以下，未来还有降到10μs等级的可能。也就是说，对于追求极致高效的PCIe储存应用来说，改用NVMe协定可缩减80～90%的存取延迟。
NVMe的外接存取应用—NVMe over Fabric
NVMe不仅能应用在伺服器内接的I/O架构上，作为新一代高效能SSD的传输介面，也能应用在外接储存设备的远端存取架构上，这就是NVMeF的应用目的。
NVMeF可以让储存网路存取也透过NVMe协定来进行，如此将能让跨网路的外接储存设备，拥有如同伺服器内接SSD般的极低延迟表现。
目前Brocade与Cisco新的FC光纤交换器都开始支援NVMF，也有少数储存设备支援NVMeF架构，搭配NVMe介面的SSD装置，让NVMe F的实际应用开始略具雏形。
NVMe over Fabric产品发展受挫
理论上，从前端主机存取介面，到后端储存设备I/O介面与SSD介面，全都採用NVMe规格的End-to-End NVMeF，是最能发挥NVMe效能的架构。但随着EMC终止DSSD D5这款产品的发展，让这种完整的NVMeF应用架构推广遭遇了挫折。
DSSD D5是EMC于2016年初发表的全快闪储存阵列，也是第一款端到端NVMeF储存设备，DSSD D5採用了NVMe介面的Flash储存模组，主机端也是透过专属的PCIe I/O卡来存取DSSD D5，藉由这种彻底PCIe与NVMe化的I/O架构，DSSD D5拥有当时极为惊人的100～120μs存取延迟，相当于同时期一般全快闪储存阵列的1/5到1/10。
然而DSSD D5儘管性能惊人，但应用上的诸多限制却抵销了效能上的优势。首先，DSSD D5为了效能考量，几乎全面由专属的订製硬体组成（控制器、Flash模组到前端主机I/O卡全都是专属规格），其次，DSSD D5也完全没有资料服务功能，只是单纯提供高速储存空间（资料服务软体功能会增加许多延迟，在NVMeF架构中都不被使用）。最后，用户端主机不仅必须透过专属I/O卡，才能存取DSSD D5，且要使用这种专属I/O卡还有许多限制（只支援Linux实体主机）
于是经过一年多的市场考验后，显示DSSD D5虽然拥有许多独特的特性，但对于当前的用户来说，恐怕步伐迈得太快、太激进，难以被接受。
更实用的软体定义化NVMe over Fabric架构
儘管EMC的DSSD D5没有成功，成了NVMeF应用的先烈，但仍有其他厂商持续推动NVMeF储存应用，并採取了比较和缓的发展路线，以色列新创厂商Excelcro的NVMesh便是一个例子。
NVMesh的目的也是建立一个低延迟的End-to-End完整NVMeF存取架构，但形态与DSSD D5恰好相反，如果说DSSD D5是一种基于专属硬体的硬体定义式NVMeF产品，那幺NVMesh便是彻底的软体定义式NVMeF产品。
NVMesh的产品形态类似当前流行的Server SAN，透过软体模拟，让标準伺服器硬体扮演储存设备角色，并提供储存设备需要的扩展性与管理性，差别在于NVMesh是基于NVMe协定，可透过专属软体，将内含NVMe SSD的x86伺服器建构为NVMesh Target端设备，前端主机透过NVMesh Client端软体，便能以NVMeF架构存取NVMesh Target端设备的NVMe SSD，至于底层传输通道则支援RoCE规格的乙太网路，或是InfiniBand，所以是一种NVMe over Ethernet或over InfiniBand的传输架构。
Excelcro宣称NVMesh也能提供100μs等级的存取延迟，但又不需使用任何专属硬体，但同样也不提供资料服务功能。
更保守的后端NVMe over Fabric架构应用
DSSD D5、NVMesh採用的End-to-End NVMeF存取架构，固然有低延迟的优点，但也因此而捨弃了快照、複製等资料保护与资料服务功能（只依靠RAID来提供基本保护），对于多数企业用户来说，这种需要100μs等级存取延迟的效能、但又不需要保护与资料服务的应用情境，毕竟相对少见，因此接受的用户不多也在情理之中。
因此另ㄧ些厂商採取的策略是「半套」的NVMeF架构，试图调和效能与资料保护/软体功能两方面的需求。
例如Pure Storage 刚发表的FlashArray //x，与华为日前推出的Dorado 5000 v3，便是这种「半套」的NVMeF储存产品。
所谓的「半套」，是指只在后端储存介面採用NVMe。FlashArray //x与Dorado 5000 v3都号称是NVMe全快闪储存阵列，但与它们的上一代产品相比，主要差别是以NVMe介面的SSD或Flash模组，替换以前採用的SAS介面SSD，主机端则仍沿用原有的FC、iSCSI等介面。所以前端主机则仍可透过传统的FC、iSCSI等介面，来存取这2款NVMe储存阵列。
这种「半套」架构的存取延迟表现，显然不能和真正的「全套」NVMeF、也就是全部存取环节都採用NVMe介面的储存产品相比，但优于上一代採用SAS SSD的产品，更重要的是可保留重複资料删除、快照、複製等完整的资料服务功能，相对也更容易让用户接受。
因此就目前来看，这种架构虽然是最保守的NVMe应用，但也是最实用的，而且也便于在日后升级到真正的NVMeF，例如Pure Storage便宣称日后只要增加一张I/O卡，便能让//m升级为完整NVMeF架构。
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既有的NVMe Fabric储存架构
现有的NVMe应用架构，只被作为SSD装置的介面，尚不能充分发挥NVMe的低延迟潜力，前端主机经由远端存取协定，透过Flash储存设备对于底层SSD装置的存取，仍是基于传统的SCSI软体堆叠，必须经过协定转换才能存取底层的NVMe SSD。
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End-to-End的NVMe over Fabric架构
可提供更完整的NVMe over Fabric架构，可让前端主机到后端储存介面，全都透过NVMe协定来进行，即使是远端存取，也能享受到近似伺服器内接PCIe存取的极低延迟。
资料来源：OpenFabrics Alliance
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