小小协议大威力，数字化转型为何缺不了NVMe全闪存？

“天下武功、唯快不破”，数字经济时代尤甚。

都说数据堪比新时代的石油，极富价值。但比数据本身更重要的是，数据价值如何快速、高效地释放。毫无疑问，谁能快速、高效释放数据价值，谁就在激烈市场竞争中占据主动。

来看个鲜活的例子：某大型股份制银行，有超过2万名员工属于重度的数据消费者，从日常的精准营销、精细化运营到风险控制等，时时刻刻都需要使用数据。但随着业务量的增加，数据报表打开率却不尽如人意，过长的等待时间对业务体验和效率带来显著影响。该行系统负责人透露：“专门团队使用各种招数对数据报表进行性能优化，效果依然不太理想。最后发现是硬件协议的瓶颈。更换了端到端NVMe全闪存之后，业务性能得到质的飞跃。”

无独有偶，随着千行百业数字化转型的深入，NVMe这项小小的存储协议愈发牵动着用户的心。很多用户逐渐意识到，SSD等介质革命固然带来了IO的巨幅提升，但NVMe协议才是发挥性能的关键，而端到端NVMe则犹如打通存储系统乃至整个数据中心的任督二脉，让数字化转型真正走向“高速之路”。

NVMe为何至关重要

数字化转型需要基础设施铺就一条高速之路。

一直以来，作为承载数据的存储系统被寄予厚望。十多年前，当闪存进入到存储系统之后，人们普遍认为数据中心的性能瓶颈将被彻底打破。然而，采用了SSD的存储系统在真正业务场景中性能表现并非“一飞冲天”，甚至某些业务场景是“有力使不出”。

究其原因，存储协议才是关键。

在SSD进入市场的早期，为了迅速融入到数据中心的生态系统中，硬盘数据划分的扇区、LBA等概念都被SSD所“继承”，甚至接口协议／硬盘外形规格也被保留下来。这样的好处就是，在数据中心生态中，不论是操作系统层面，还是物理规格层面，从机械硬盘过渡到SSD都是透明的，对用户影响极小。

但保留了兼容性，性能必定会做出一定的牺牲。传统SAS协议还是机械硬盘时代的产物，复杂的系统架构、过多的协议解析、有限的队列并发能力，限制了SSD性能优势的发挥。

因此，专门为SSD设计的NVMe协议孕育而生，它去掉SAS系统中的SCSI等复杂协议层，降低了协议开销，减少交互次数，以及成熟的多队列机制，让它能消除数据路径的延迟，实现对SSD介质并行访问数量指数级增长，并且支持以太网、InfiniBand、FC等多种高速网络，与SSD可谓是天合之作。

如果说SSD的出现，为数据存储铺就了一条“高速公路”；那么，NVMe就成为“高速公路”最新的运营规则，它确保了数据可以快速、高效地进行处理。

从2009年全球90多家公司组成NVMe工作组，到2011年NVMe 1．0版本正式推出，再到2021年6月NVMe 2．0版本推出，NVMe产业生态不断走向完善，从NVMe芯片组、NVMe SSD产品、NVMe协议等均取得了长足进步。

如今，NVMe已经不仅仅是一种闪存的接口协议，更是发展到整个存储网络领域，端到端NVMe、NVMe全闪化成为大势所趋，从而进一步释放数据存储的性能潜力。

端到端NVMe已成大势所趋

最早期的全闪存阵列上，往往采用SATA／SAS接口的SSD；再之后，支持NVMe 的SSD出现，很多全闪存开始在存储后端更换成NVMe SSD，性能得到进一步提升。但并不意味着存储系统的性能达到极限。

如何将全闪存等存储系统的性能潜力彻底挖掘出来？

端到端NVMe被认为是大势所趋。在后端采用NVMe SSD之后，存储厂商们开始将目光瞄准到全闪存的控制器架构。过去，大部分全闪存的控制器架构是专门为机械硬盘而设计的。显然，阵列控制器以及存储网络协议也需要与时俱进，适应时代的发展，让NVMe充分发挥出性能红利。

因此，NVMe over Fabrics孕育而生，作为存储阵列与前端主机连接的通道，NVMe over Fabrics实现NVMe标准在多种网络上的扩展，并且取代了过去FC、iSCSI等协议，降低存储网络协议栈处理开销。前端主机可以使用本机NVMe协议直接与NVMe SSD进行通信，进一步提升性能和降低延时，适应SSD介质驱动的存储控制器架构演进。

目前，所有存储厂商都在积极布局端到端NVMe全闪方案。例如，华为在业界实现了全系列端到端的NVMe产品：在端到端的NVMe高速通道上，华为采用自研ASIC接口模块、自研ASIC SSD盘／框设计，从协议解析、IO转发、业务优先、硬件加速等方面对NVMe进行全面支持，为数据传输提供高速通道。

来看看这样设计带来的好处，采用端到端NVMe设计的OceanStor Dorado，NVMe协议相比SCSI协议减少了40％的主机网络协议栈开销，节约主机CPU消耗，在同等性能情况下支持更多的主机应用；此外，通过NVMe协议，CPU和SSD盘可直接通信，缩短传输路径，协议的并发数提升到64K，协议交互次数从4次减少为2次，读写请求处理效率提升1倍以上。

从华为实验室环境测试数据来看，在8K IO、100％读场景下，OceanStor Dorado 端到端时延能从562us降低到50us，时延缩短了10倍。更加关键的是，华为存储从高端到中低端均能做到端到端NMVe，支持端到端全系列NVMe。

如今，很多业务场景都是分秒必争，比如实时交易、机器学习等，这些应用场景无论是业务规模还是数据量均今非昔比，对于处理和访问数据的速度要求越来越快。以刚刚结束的6．18购物节为例，十年时间单峰值扩大了上千倍之多，多家银行在海量交易峰值早已突破上万的TPS（每秒处理事务数）。

所以，随着千行百业数字化转型的深入，端到端NVMe必定会帮助企业构建起强大和快速的基础设施，加速数字化转型。

普及NVMe，降成本和破技术惯性是关键

众所周知，在企业级领域，新技术的过渡与普及受制于成本和技术惯性，往往需要一个较长的周期。

以成本为例，很多情况下，升级换代到端到端NVMe的存储需要增加额外成本，如果这部分成本不能控制在比较合理的空间，就会延缓NVMe的普及和应用。

又如，技术惯性也是不能忽视的因素。截止到去年，服务器平台的PCIe在Gen3已经停留多年，逐渐形成强大的技术惯性，束缚了数据中心用户在存储端的更新换代。不过，随着未来几年，数据中心服务器平台快速向PCIe Gen4和Gen5演进，给存储、网络空间带来了极大的提升空间，也让端到端的NVMe全闪存方案有望打破技术惯性，加速在数据中心用户中的普及。

值得一提的是，华为存储近年来一直致力于端到端NVMe 全闪存方案的普及，不仅在技术、产品层面不断打磨与创新，其OceanStor Dorado系列NOF＋联合方案更是在中国银行、华夏银行等多个行业头部客户得到成功商用。

此外，为进一步消除数据中心用户在成本和技术惯性上的束缚，华为存储近日还正式推出了华为Flash Only Pro活动：凡是新订单即可由SAS全闪存免费升级为NVMe全闪存，并且该活动适用OceanStor Dorado全闪存全系列产品。

面向未来，随着NVMe技术的成熟和不断完善，端到端NVMe方案必然将加速在数据中心的普及速度，未来数据中心必定是NVMe的天下。而对于广大身处数字化转型的千行百业用户，登上NVMe这趟高速跑车，必然会在数智化时代中实现唯快致胜。

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