華為存儲全快閃記憶體的「核芯」力量

毫無疑問，我們正在高速邁進以數據為中心的智能管理時代。不論是私人個性化的新聞閱讀體驗，還是企業從設計到生產和物流多個環節的精準控制，智能的數據管理、調度、挖掘和分析幫助我們基於用戶需要提供定製化服務，改善用戶體驗；精細化控制每個環節，節省管理成本；重新定義商業模式，開拓新的商業機遇。

作為企業智能化轉型的利器，全快閃記憶體天生高性能的優勢，為加速關鍵業務帶來新的動力。通過晶元、網路、管理的垂直整合，華為OceanStor Dorado構建了從前端多協智能議處理晶元、SSD智能控制晶元、智能設備管理晶元端到端的晶元平台，為全快閃記憶體存儲帶來創新的加速方案，加速業務性能3倍，實現資源最大化利用，最終向客戶提供更強性能的產品。

SSD智能控制晶元

加速SSD盤內的數據讀寫

SSD作為快閃記憶體的核心部件和數據載體，其本身性能和穩定性對全快閃記憶體系統的能力起到了至關重要的作用。區別於CPU、內存等電器元件，SSD碟片的設計一般不依託於存儲控制器，具有一定的獨立性，主要由包含SSD Controller和DRAM在內的控制單元和NAND Flash存儲單元組成。控制單元負責數據讀寫，採用FTL（Flash Translation Layer）保存用戶LBA到SSD盤內物理頁面的映射關係，存儲控制器向SSD盤內讀數據時自帶一個LBA地址，通過保存在SSD Flash的控制軟體查找到LBA地址對應的物理地址，然後再從Flash中讀取對應的數據返回給主機；寫入數據的時候，軟體寫入完畢後，再去更新FTL映射表。可見，FTL是整個SSD的核心，它決定了SSD數據讀寫的響應速度。

為了獲得極致的快閃記憶體速度，華為創新的採用SSD控制器晶元加速SSD盤內的數據讀寫，它將FTL演算法從SSD內部的控制軟體層封裝到SSD控制晶元內實現，所有讀取和寫入FTL的操作全部由晶元完成，減少軟體交互次數，有效降低IO響應的時延。舉個形象的例子，在windows 95時代，開啟電腦需要載入一長串複雜的代碼，等待2-3分鐘才可進入開機界面；在window2010時代，電腦內置更強勁的CPU承擔了代碼載入的工作，所以我們不必再花費漫長的時間等待，瞬時就可進入開機界面。根據華為性能&兼容性實驗室實測，在低負載場景下華為SSD的讀時延低至80μs，僅為業界同類SSD的60%，性能優於友商近2倍。

然而，這就夠了么？答案顯然不是這樣！依託創新的晶元，華為首創採用FlashLink?技術，從SSD控制器晶元、SSD碟片、NVMe架構和專為快閃記憶體設計的存儲操作系統端到端加速，保障在開啟了重刪、壓縮、快照等增值特性後，仍然維持0.5ms的穩定時延，有效避免高峰期業務瓶頸，實現業務3倍加速。

特別值得一提的是，基於快閃記憶體設計的存儲操作系統開發了創新的盤控配合演算法。眾所周知，垃圾回收是影響SSD盤性能的主要因素，如何有效的控制垃圾回收成為發揮SSD盤和快閃記憶體性能的關鍵。華為OceanStor Dorado全快閃記憶體基於自研的SSD和快閃記憶體操作系統，通過內部軟體演算法優化，讓存儲控制器能夠實時了解SSD盤內的數據布局，並作出相應調整，從而使得存儲控制器內的數據布局和SSD盤內的數據布局保持一致，控制器內的數據按照SSD盤內所需的格式寫入到SSD盤內，有效避免了數據落入SSD盤後的搬遷與垃圾回收，保障了快閃記憶體系統的穩定高性能。這就是盤控配合演算法的核心，具體的實現技術上採用了大塊順序寫、元數據獨立分區和端到端I/O優先順序調整的手段，在後面幾期詳細為大家介紹。

基於SSD智能控制晶元和FlashLink?技術，華為又快又穩全快閃記憶體OceanStor Dorado承載了SSD盤到存儲控制器的加速，實現了0.5ms的穩定時延。

智能多協議介面晶元

加速前端網路埠數據讀寫

前端卡是存儲必不可少的組件，應用數據通過它從伺服器傳輸到存儲陣列，目前業內可見的前端卡包括了8G/16G/32G FC，1/10/25/40/100 GE，10G FCoE等，每張前端卡僅能支持一種協議，不能靈活轉換，無疑是一種浪費！為了更高效的使用前端卡，華為創新的採用了多協議介面晶元，它集成了GE/10GE/FC/FCoE多種協議介面，客戶可將通過IP和FC協議承載的數據整合到同一個介面晶元中。在10GE或8/16G FC組網下只需要更換光模塊部件，無需更換卡件，支持任意協議轉換，極大增加了網路靈活性，降低了用戶數據中心的網路建設和維護成本。

更為重要的是，智能多協議介面晶元內部的硬體邏輯模塊實現checksum、FC等協議棧功能，使其處理流程、邏輯和功能完全由晶元替代以往依靠CPU軟體的實現方式，滿足存儲業務高並發IO吞吐、低延時響應的業務要求。通俗地講，智能多協議介面晶元offloading實現的功能就是把TCP/IP網路功能中以往需要CPU乾的活（checksum、FC等）從移到到了晶元上來干，實現提供更高性能的網路處理性能、釋放x86CPU處理器資源，以實現網路訪問與數據交換加速，存儲設備整體性能提升。經過華為性能實測，華為又快又穩全快閃記憶體OceanStor Dorado的性能在同樣的前端卡（16G FC），同樣的測試模型（7:3數據讀寫，8K I/O數據塊大小），性能優於友商3倍。

最後我們來看下FCoE，它同時保留FC的功能和基於乙太網的傳輸，從而保護基於FC協議的軟硬體投資。智能多協議介面晶元融合了以太NIC和FC網路HBA卡功能，通過一張介面實現了兩種網路IO的融合，以此減少了額外的線纜和交換機數據，簡化網路管理；另一方面，傳統方式通過主機CPU卸載FCoE協議，這會消耗大量CPU資源，導致主機CPU無法同時解析其他網路協議，從而無法滿足高性能網路需求。華為又快又穩全快閃記憶體OceanStor Dorado採用智能多協議介面晶元實現FCoE協議卸載和解析的功能，減輕主機CPU負載，提升網路整體性能和伺服器的可用性。

設備智能管理晶元

加速故障管理/修復

IT設備在運行過程中不可避免的會遇到各種故障，如何快速識別故障，並從故障中恢復過來，是考驗IT設備穩定性的核心指標。設備智能管理晶元是華為又快又穩全快閃記憶體OceanStor Dorado的管理心臟，採用內置的故障診斷和故障預警兩大專家庫，提升故障診斷精準率。而快速診斷是快速恢復的前提，採用設備智能管理晶元的每秒管理運算能力可達2000DMIPS，優於同類友商的5倍，在控制器故障、前端介面卡故障、管理板卡故障等場景下，能夠秒級故障切換，切換過程中數據不丟失，業務不中斷，用戶無感知。

在智能節能方面，設備智能管理晶元表現卓越，它精細化監控每個模塊的健康度、功耗、溫度等參數，採用靜態功耗控制和動態功耗控制相結合的技術，一方面通過主動調節系統散熱，降低晶元溫度，從而控制晶元靜態功耗；另一方面，採用嵌入式DEMT動態能源管理技術，晶元通過監控分析系統應用狀態，識別並關閉空閑模塊時鐘和工作電壓，降低晶元工作動態功耗。根據實測，在CPU負載不變的情況下，整機能效比提升可達16%，從而有效節省能耗的開支。

無論在人工智慧、大數據、自動駕駛、區塊鏈等先進領域，還是在傳統醫療、製造、金融等行業，晶元的核心技術創新已經成為企業的主要推動力。華為存儲在自研晶元研發上持續投入和技術創新，幫助企業應對數字洪流挑戰，快速推進數字化轉型。SSD智能控制晶元以介質為核心，針對介質特性定向優化，充分發揮介質優勢，提升用戶體驗；多協議智能處理晶元簡化組網，降低管理成本，同時卸載網路協議，實現數據讀寫加速；智能設備管理晶元，幫助用戶快速定位故障，實現秒級故障切換，並在節能方面表現卓越，幫助IT租賃類用戶節約成本，開拓新的商業機遇。

通過技術創新和軟硬體晶元垂直優化，華為存儲致力於消除CPU、介質、網路發展不均衡導致的鴻溝，提供更快、更好、更省的產品和解決方案，與客戶一起實現商業成功。

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