4大匯流排進化中 - FC光纖通道、SAS、PCIe與SATA－BENEVO台灣部落格之科技應用。創新與分享

隨著16Gb FC與12Gb SAS產品推出，加上即將問世的NVMe與SATA Express介面，即將帶動一波儲存匯流排規格更新，無論伺服器內接儲存與外接儲存網路應用，都將在新的一年出現變革

兩大主流儲存匯流排——光纖通道（Fibre Channel，FC）與SAS，都在近期內正式推出了新規格的第一代產品，可提供雙倍於上一代規格的頻寬，緩解了舊規格頻寬不足所導致的I/O瓶頸問題。

另外在Intel主導下，即將推出的NVMe標準，也可望一統目前缺乏規範的PCIe儲存應用，讓針對高速存取需求的PCIe儲存裝置，從各供應商各行其是的局面邁入標準化，從而可望帶動PCIe介面固態儲存的進一步發展。

類似的，目前在低價與消費端應用最普及的SATA介面，亦為了打破既有的傳輸瓶頸，發展出嫁接在PCIe上的SATA Express規格，讓新一代的SATA裝置能運用PCIe的高頻寬。

新應用推動I/O升級需求
長久以來，I/O始終是制約IT系統效能的主要因素，相較於其他元件，儲存匯流排的更新與效能增長速度最為緩慢，以致拖累整個IT系統的效能發揮。

Intel每年都會發表新的處理器平臺，處理器效能依照著摩爾定律，以每18個月提升一倍的速度持續進步。VMware也幾乎是以每年一次的頻率更新虛擬化平臺軟體，每次更新後，允許設定的虛擬機器規格都會有所提高。類似的，固態硬碟的速度也是年年翻新紀錄，相較下，更新週期長達3～4年的儲存匯流排，顯然跟不上其他元件的效能增長。

舉例來說，在當前主流FC規格—8Gb FC—產品陸續開始問世的2008～2009年，當時Intel剛推出第一代X25-M SSD，讀寫速度分別只有250MB/s與70～100MB/s，VMware也剛發表vSphere 4.1，每臺VM只允許設定最多8個vCPU、每臺Hypervisor主機也只允許最大64個邏輯CPU、320臺VM與512個vCPU。

而到今日，新款SSD讀寫速度已經可以超過500MB/s，較4、5年前舊產品提高了2倍與5倍以上，事實上，只要匯流排頻寬足夠，目前已有SSD能達到1000MB/s等級的速度。類似的，VMware最新版vSphere 5.5可設定的VM規格亦大幅提高，每臺VM最多可設定64個vCPU，每臺Hypervisor主機能設定320個邏輯CPU、512臺VM與4096個vCPU，較4年多前舊版本提高2～8倍。

然而無論SSD速度如何提高，虛擬化平臺的VM設定規格如何提升，如果底層的儲存匯流排沒有隨之升級，便無法支撐前端越來越快的SSD、或是規格不斷提高的虛擬平臺，以致SSD或VM應用發揮不出應有的效益。

相較於處理器、固態儲存，或是虛擬化平臺的迅速升級，儲存匯流排每隔3、4年才更新一次的升級速度，明顯趕不上需求的變化，兩大主流儲存匯流排規格在過去3、4年時間內，都呈現停滯狀態，FC介面，一直停留在8Gb FC，而SAS與SATA介面也停留在6Gb頻寬。

理論上，我們可以透過匯集多條通道的方式來取得更大的傳輸頻寬，如匯集2條8Gb FC通道，便能提供1.6GB/s的傳輸頻寬。然而即使採用這種方式，要應付不斷成長的效能需求仍相當吃力，還有布線複雜性與成本增加的副作用——將多條8Gb FC或10GbE線路匯集為單一通道，該通道的成本將相當驚人。

根本的解決方法還是尋找一種頻寬足夠的高性能匯流排，因此一些追求極致傳輸效能的廠商，乾脆放棄使用FC或SAS介面，改用頻寬更大的PCIe來做為儲存裝置傳輸介面。

PCIe匯流排具備高頻寬與低延遲的特性，若做為儲存裝置的傳輸介面，效能遠勝過主流的FC或SAS，但也存在缺乏統一規範的問題，不像SATA或SAS裝置般可隨插即用，須依賴各供應商的驅動程式，支援性與安裝便利性相對較差。

另外，PCIe也不像SAS或SATA介面般具備可連接大量裝置的擴展性，一臺主機最多只能安裝幾個PCIe儲存裝置，無法支撐大量儲存裝置、提供大規模儲存應用的需求，只能做為伺服器端供關鍵應用使用的高速儲存層或緩衝區，無法取代FC或SAS的基礎儲存匯流排角色。

新匯流排規格帶來儲存新局面
FC、SAS、SATA與PCIe是當前企業IT最重要的4種儲存匯流排，FC普遍應用於SAN領域；SAS是最主要的企業級磁碟介面，也是最主要的DAS介面；SATA則是低價、入門級領域應用最普遍的磁碟介面；PCIe最初是一種系統內接周邊匯流排，不過由於具備低延遲與高頻寬的特性，也被某些講究高I/O效能的固態儲存裝置用於傳輸介面。

而這4大主流儲存匯流排，都將在這1、2年內出現重大更新。

首先是FC與SAS這2種儲存匯流排規格，都按部就班地依照既定Roadmap發表了新規格產品，最新一代的16Gb FC與12Gb SAS產品都在2013年陸續上市，舒緩了主流儲存匯流排面臨效能瓶頸問題。

目前市面上的16Gb FC產品已經頗為完整，HBA卡與FC交換器都有16Gb FC的款式，並已有多款FC磁碟陣列可提供16Gb FC介面，有需求的使用者，現在就可以建置完整的16Gb FC儲存環境。

12Gb SAS方面，目前市面上也已有多款HBA卡與RAID卡可選，也已有少數JBOD磁碟櫃可用，第一代12Gb SAS的SSD與磁碟陣列產品也開始出現，待今年年中以後，有需求的用戶也能組成從端到端、完整的12Gb SAS環境。

另一方面，企圖一統PCIe儲存、由Intel主導的NVMe介面規格，近來也有了更具體的進展，繼分別於2011年4月與2012年10月發表了1.0版與1.1版規範，並在2012年IDF論壇中，展示了NVMe規格SSD的工程原型後，接下來三星公司則在2013年7月發表了第1款NVMe規格的SSD產品，而且是採用2.5吋磁碟外殼的款式，讓NVMe向著實用化的道路邁進了一大步。

最後是在SATA陣營方面，SATA-IO組織剛在2013年8月發表嫁接在PCIe上的SATA Express規格，也就是SATA 3.2，可讓未來的SATA裝置，利用PCIe 3.0的高傳輸頻寬，並且已經獲得Intel的支持，將在新一代晶片組中支援，屆時勢必會帶來一波儲存裝置規格的變革。