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数据中心跑步进入PCIe 4.0时代，NVMe SSD换代进行中
时间：2022-02-23 11:21:27
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[导读]据行业研究公司 Forward Insights预测，2021 年 PCIe 4.0 在所有数据中心 PCIe SSD 的占比是 19% ，到 2025 年将增长至 77%。在同一时间段内，PCIe 3.0 SSD 占比将从 2021 年的 81% 下降到 2025 年的仅11%（摘自 Forward Insights，SSD Insights Q3/21）。
在当下数据爆炸的时代，数据机器学习、人工智能和深度学习等应用的增长给数据中心带来了更高的工作负载，数据中心需要不断进化来适应增长的市场需求。除了在计算上整合更快的CPU、GPU和加速器这些新技术之外，高带宽、低延迟的互连和存储技术同样关键。新兴的PCIe 4.0接口的NVMe存储技术将有效缓解当前数据中心的带宽压力，为云计算应用提供更好的性能。
21ic：如何理解7400 在PCIe 3系统中的向后兼容性？同一接口上替换了 PCIe 3的SSD后，7400能否达到 PCIe 4的速度？
Larry Hart：美光 7400 SSD 的吞吐量是我们上一代主流 SSD 的两倍，同时完全向后兼容 PCIe 3.0 平台系统。向后兼容让系统设计更为灵活，这意味着客户可以根据需要，将设计用于PCIe4.0平台中的SSD也能用来升级其现有的 PCIe 3.0 系统（在降低 PCIe 3.0 总线性能的情况下）。美光 7400 SSD 前后兼容性大大简化了数据中心从 PCIe 3.0 到 PCIe 4.0 的过渡的工作量。此外，一块SSD 可以在两代平台中使用，支持更广。随着PCIe 4.0 系统中 SSD 可用带宽增加，7400 SSD的性能也将显著提升。
21ic：7400 提供了U.3、M.2 和E1.S 等7 种丰富的外形规格，请问这些不同规格SSD在数据中心中都分别应用在何处？不同外形规格对SSD 性能有无影响？E1.S 作为最新的接口规格，其优势体现在哪里？
Larry Hart：随着海量数据持续增长，亟待解决不断变化的工作负载需求以及可扩展数据中心基础设施的需求，我们需要可以马上部署实施，同时能满足未来需求的存储解决方案。我们开发了七种不同外形规格的美光 7400 SSD——以应对整个数据中心的多种用例。客户可据此选择硬盘，以便其在众多部署中发挥优势。
· 云端的客户既对性能有要求，也兼顾密度和物理尺寸平衡。而 E1.S 正是为这些客户以及那些需要优化存储性能的1U 服务器客户而设计的。
· 美光还提供三种不同规格的的 E1.S：用于启动设备的 5.9mm 厚度裸板；平衡主存储器性能和功耗的15mm 厚度版本；以及主·要解决主存储器的性能和冷却效率问题的25mm厚度可选版本。
· 我们丰富的 E1.S 规格选项使客户能够根据其平台和环境需求定制其存储设计。
· 市面上普遍流行支持 U.2 和 U.3 的标准服务器，因此美光提供了 7mm 厚度的 7400 SSD，尽可能地增加服务器平台密度（标准机箱中有更多的 U.3 SSD），而 15mm 厚度的 7400 SSD则可实现最佳冷却效果。U.3 主要用于主数据存储。
· M.2 外形规格是一种板载系统启动 SSD，通常用于超紧凑型数据存储。美光 7400 M.2 提供 22x80mm 和 22x110mm 两种外形规格。
很多客户都要求我们在 M.2 规格（22x80mm）封装中提供断电保护功能，在意外断电时保护未写入的数据。目前，我们的 M.2 规格（22x80mm）是唯一提供此功能的产品。
21ic：在数据损坏的情况下，以往SSD的可恢复性相比传统HDD 要低很多，这种观点现在还正确吗？如何打消数据中心用户的这一顾虑？
Larry Hart：在存储设备中建立备份是保护数据不受设备故障影响的最好的方法之一。美光在我们所有的数据中心 SSD（包括美光 7400）中均使用了多种数据保护技术，例如：
· 断电保护：美光 7400 SSD 具有电源保持机制，以确保 SSD 在断电时能正确写入正在运行的数据。
· 数据通路保护：当数据从 PHY 传输到 NAND 并回传时，该技术有助于防止误码。
· 独立NAND 冗余阵列（RAIN）：一种 SSD 内部 NAND 级冗余管理机制，可帮助保护数据不受介质故障的影响。
SSD 的平均无故障时间（MTTF）也很长。例如，美光 7400 SSD 的 MTTF 长达两百万小时。
21ic：7400 可以同时支持对于网络攻击和物理攻击的防御，内部的安全架构是怎样设计的？如何实现安全数据和关键信息互不干扰？
Larry Hart：美光 7400 SSD 提供经过充分验证且标准的安全功能，例如 TCG Opal，而且还在控制器中内置了七项新的安全功能。美光设计的这款控制器支持安全执行环境（SEE，Secure Execution Environment），这一专用的安全处理单元实现了与 SSD 控制器内的其他（开放）微处理器的电气隔离。只有 SEE 能够访问安全组件，操控安全固件，并为开放式微处理器的固件提供安全服务。SEE 隔离大大降低了存储设备遭遇意外或者被恶意破坏造成的风险，并且SEE 的执行不会被非安全代码抢占。随着数据和数据驱动的应用程序不断被虚拟化、云端化和容器化，SEE 也有助于解决新出现的问题。
美光 7400 NVMe SSD 提供 SED、非 SED 和微软 eDrive 选项，可以根据部署要求定制安全功能。
它总共包括七项新的安全功能：
美光安全功能的技术摘要中详细阐述了如何使用 SSD 硬件和软件安全功能来保护数据。
21ic：7400 SSD是首款支持OCP 部署的SSD 产品，有什么特殊意义吗？未来的新品是否都会支持OCP 和EDSFF？
Larry Hart：这是美光第一款专为开放计算项目（OCP）部署而设计的 SSD。OCP 通过制定和颁布规则，构建了一个蓬勃发展的生态系统。基于标准的方法以降低新技术部署的复杂性，也有利于推动新技术的发展。在基于标准的技术创新方面，美光的行业领先地位由来已久。未来几代美光数据中心 SSD 将继续支持 OCP NVMe 云 SSD 规格，使数据中心客户能够快速实现其存储投资的价值。
美光 7400 NVMe SSD 还特别支持与 OCP 相关的功能，包括：
· 受监控的电源保持机制：确保在断电时 SSD 远程监测数据存储到非易失内存中，这有助于保证远程监测的连续性，实现对运行状况的连续监控。7400 还可在断电时提供电源保持功能。
· 磨损跟踪和报告：7400 跟踪主机写入以及内部数据管理写入而产生的磨损量。
· 自动恢复：7400 在调整 NAND 读取的参数后，如读取失败将自动重试，而且内置了自动NAND 冗余功能。
· 用户数据保护：当用户数据通过 SSD 内的通路、写入存储介质然后回传，即从主机移动到 SSD 接口时，7400 持续对其进行保护。此外，7400 将主机逻辑块地址和主机数据嵌在一起，然后存储到 SSD中。存储这些附加信息（也称为元数据）有助于保证美光 7400 SSD 能够回传所要求的准确数据。
· 512 字节和 4096 字节的扇区支持：美光 7400 所有七种外形规格都支持 512 字节和4096 字节大小，因此，这两类字节大小适用于每个 SKU。
· 延迟日志记录：此功能增强了单个 SSD 的性能，以确保对硬盘延迟进行完整和详细的监控。
我们将 OCP 视为一种方法，它能够为闪存的数据中心部署制定全行业标准，加速客户数据中心领域的创新。
21ic：7400 似乎还是使用的96 层 TLC-3D-NAND，为何没有使用最新的176 层NAND？产品定义上如何考量的，未来是否会使用176 层NAND？
Larry Hart：新款控制器和固件提升的功能非常全面，因此，本次我们将开发重点放在了对产品有重大影响的领域，包括：
· PCIe 4.0
· 性能大幅提升（包括 U.3，7.68TB PRO 和 U.3，6.4TB MAX 的 100 万次随机读取IOPS）
· 美光的安全执行环境（SEE）
· 非对称可信根
· 强非对称密钥支持
· RSA 授权密钥支持
· 安全启动
· 基于密钥的固件更新
· 基于密钥的特权访问
· 通过 NVMe-MI（NVMe 管理接口）进行标准管理
我们已在消费端/客户端 SSD 中采用了 176 层NAND，美光将持续在所有产品中创造客户价值。我们正在与客户合作，以了解业界哪些领域可以采用 176 层 NAND。
采用 NVMe™ 的美光® 7400 SSD 为数据中心提供 PCIe Gen4 性能| 美光科技
Three Reasons the Micron 7400 SSD Leads Data Center Infrastructure Transformation
The Micron® 7300 and 7400 SSDs With NVMe: Selecting the Right Solution for Your Needs
Micron® 7400 SSD with NVMe™
图：PCIe 发展
据行业研究公司 Forward Insights预测，2021 年 PCIe 4.0 在所有数据中心 PCIe SSD 的占比是 19% ，到 2025 年将增长至 77%。在同一时间段内，PCIe 3.0 SSD 占比将从 2021 年的 81% 下降到 2025 年的仅11%（摘自 Forward Insights，SSD Insights Q3/21）。美光科技推出了采用NVMe技术的美光7400 SSD系列产品，可广泛适用于不同类型的数据中心，帮助其实现从PCIe 3.0到PCIe 4.0的基础设施升级，加速各类云计算应用。21ic就此专门采访了美光科技存储生态系统和产品营销高级总监Larry Hart，进行了书面采访。
图：Larry Hart 美光科技存储生态系统和产品营销高级总监
21ic：如何理解7400 在PCIe 3系统中的向后兼容性？同一接口上替换了 PCIe 3的SSD后，7400能否达到 PCIe 4的速度？
Larry Hart：美光 7400 SSD 的吞吐量是我们上一代主流 SSD 的两倍，同时完全向后兼容 PCIe 3.0 平台系统。向后兼容让系统设计更为灵活，这意味着客户可以根据需要，将设计用于PCIe4.0平台中的SSD也能用来升级其现有的 PCIe 3.0 系统（在降低 PCIe 3.0 总线性能的情况下）。美光 7400 SSD 前后兼容性大大简化了数据中心从 PCIe 3.0 到 PCIe 4.0 的过渡的工作量。此外，一块SSD 可以在两代平台中使用，支持更广。随着PCIe 4.0 系统中 SSD 可用带宽增加，7400 SSD的性能也将显著提升。
图：Micron 7400对比 Micron7300在性能方面提升
21ic：7400 提供了U.3、M.2 和E1.S 等7 种丰富的外形规格，请问这些不同规格SSD在数据中心中都分别应用在何处？不同外形规格对SSD 性能有无影响？E1.S 作为最新的接口规格，其优势体现在哪里？
Larry Hart：随着海量数据持续增长，亟待解决不断变化的工作负载需求以及可扩展数据中心基础设施的需求，我们需要可以马上部署实施，同时能满足未来需求的存储解决方案。我们开发了七种不同外形规格的美光 7400 SSD——以应对整个数据中心的多种用例。客户可据此选择硬盘，以便其在众多部署中发挥优势。
· 云端的客户既对性能有要求，也兼顾密度和物理尺寸平衡。而 E1.S 正是为这些客户以及那些需要优化存储性能的1U 服务器客户而设计的。
· 美光还提供三种不同规格的的 E1.S：用于启动设备的 5.9mm 厚度裸板；平衡主存储器性能和功耗的15mm 厚度版本；以及主·要解决主存储器的性能和冷却效率问题的25mm厚度可选版本。
· 我们丰富的 E1.S 规格选项使客户能够根据其平台和环境需求定制其存储设计。
· 市面上普遍流行支持 U.2 和 U.3 的标准服务器，因此美光提供了 7mm 厚度的 7400 SSD，尽可能地增加服务器平台密度（标准机箱中有更多的 U.3 SSD），而 15mm 厚度的 7400 SSD则可实现最佳冷却效果。U.3 主要用于主数据存储。
· M.2 外形规格是一种板载系统启动 SSD，通常用于超紧凑型数据存储。美光 7400 M.2 提供 22x80mm 和 22x110mm 两种外形规格。
很多客户都要求我们在 M.2 规格（22x80mm）封装中提供断电保护功能，在意外断电时保护未写入的数据。目前，我们的 M.2 规格（22x80mm）是唯一提供此功能的产品。
图：美光7400 SSD介绍
21ic：在数据损坏的情况下，以往SSD的可恢复性相比传统HDD 要低很多，这种观点现在还正确吗？如何打消数据中心用户的这一顾虑？
Larry Hart：在存储设备中建立备份是保护数据不受设备故障影响的最好的方法之一。美光在我们所有的数据中心 SSD（包括美光 7400）中均使用了多种数据保护技术，例如：
· 断电保护：美光 7400 SSD 具有电源保持机制，以确保 SSD 在断电时能正确写入正在运行的数据。
· 数据通路保护：当数据从 PHY 传输到 NAND 并回传时，该技术有助于防止误码。
· 独立NAND 冗余阵列（RAIN）：一种 SSD 内部 NAND 级冗余管理机制，可帮助保护数据不受介质故障的影响。
SSD 的平均无故障时间（MTTF）也很长。例如，美光 7400 SSD 的 MTTF 长达两百万小时。
21ic：7400 可以同时支持对于网络攻击和物理攻击的防御，内部的安全架构是怎样设计的？如何实现安全数据和关键信息互不干扰？
Larry Hart：美光 7400 SSD 提供经过充分验证且标准的安全功能，例如 TCG Opal，而且还在控制器中内置了七项新的安全功能。美光设计的这款控制器支持安全执行环境（SEE，Secure Execution Environment），这一专用的安全处理单元实现了与 SSD 控制器内的其他（开放）微处理器的电气隔离。只有 SEE 能够访问安全组件，操控安全固件，并为开放式微处理器的固件提供安全服务。SEE 隔离大大降低了存储设备遭遇意外或者被恶意破坏造成的风险，并且SEE 的执行不会被非安全代码抢占。随着数据和数据驱动的应用程序不断被虚拟化、云端化和容器化，SEE 也有助于解决新出现的问题。
美光 7400 NVMe SSD 提供 SED、非 SED 和微软 eDrive 选项，可以根据部署要求定制安全功能。
它总共包括七项新的安全功能：
21ic：7400 SSD是首款支持OCP 部署的SSD 产品，有什么特殊意义吗？未来的新品是否都会支持OCP 和EDSFF？
Larry Hart：这是美光第一款专为开放计算项目（OCP）部署而设计的 SSD。OCP 通过制定和颁布规则，构建了一个蓬勃发展的生态系统。基于标准的方法以降低新技术部署的复杂性，也有利于推动新技术的发展。在基于标准的技术创新方面，美光的行业领先地位由来已久。未来几代美光数据中心 SSD 将继续支持 OCP NVMe 云 SSD 规格，使数据中心客户能够快速实现其存储投资的价值。
美光 7400 NVMe SSD 还特别支持与 OCP 相关的功能，包括：
· 受监控的电源保持机制：确保在断电时 SSD 远程监测数据存储到非易失内存中，这有助于保证远程监测的连续性，实现对运行状况的连续监控。7400 还可在断电时提供电源保持功能。
· 磨损跟踪和报告：7400 跟踪主机写入以及内部数据管理写入而产生的磨损量。
· 自动恢复：7400 在调整 NAND 读取的参数后，如读取失败将自动重试，而且内置了自动NAND 冗余功能。
· 用户数据保护：当用户数据通过 SSD 内的通路、写入存储介质然后回传，即从主机移动到 SSD 接口时，7400 持续对其进行保护。此外，7400 将主机逻辑块地址和主机数据嵌在一起，然后存储到 SSD中。存储这些附加信息（也称为元数据）有助于保证美光 7400 SSD 能够回传所要求的准确数据。
· 512 字节和 4096 字节的扇区支持：美光 7400 所有七种外形规格都支持 512 字节和4096 字节大小，因此，这两类字节大小适用于每个 SKU。
· 延迟日志记录：此功能增强了单个 SSD 的性能，以确保对硬盘延迟进行完整和详细的监控。
我们将 OCP 视为一种方法，它能够为闪存的数据中心部署制定全行业标准，加速客户数据中心领域的创新。
21ic：7400 似乎还是使用的96 层 TLC-3D-NAND，为何没有使用最新的176 层NAND？产品定义上如何考量的，未来是否会使用176 层NAND？
Larry Hart：新款控制器和固件提升的功能非常全面，因此，本次我们将开发重点放在了对产品有重大影响的领域，包括：
· PCIe 4.0
· 性能大幅提升（包括 U.3，7.68TB PRO 和 U.3，6.4TB MAX 的 100 万次随机读取IOPS）
· 美光的安全执行环境（SEE）
· 非对称可信根
· 强非对称密钥支持
· RSA 授权密钥支持
· 安全启动
· 基于密钥的固件更新
· 基于密钥的特权访问
· 通过 NVMe-MI（NVMe 管理接口）进行标准管理
我们已在消费端/客户端 SSD 中采用了 176 层NAND，美光将持续在所有产品中创造客户价值。我们正在与客户合作，以了解业界哪些领域可以采用 176 层 NAND。
图：美光176层3D NAND技术
本文参考链接：
7400 | 美光科技公司采用 NVMe™ 的美光® 7400 SSD 为数据中心提供 PCIe Gen4 性能| 美光科技
Three Reasons the Micron 7400 SSD Leads Data Center Infrastructure Transformation
The Micron® 7300 and 7400 SSDs With NVMe: Selecting the Right Solution for Your Needs
Micron® 7400 SSD with NVMe™
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