浪潮自研SSD：基于SR-IOV技术，助力云数据中心降本增效

随着数字经济蓬勃发展全球云服务市场持续稳健增长。根据Gartner统计,2021年全球公有云市场规模达到3307亿美元,增速32.5%。Canalys数据显示,2021年中国云基础设施服务市场规模增长45%,达到274亿美元。预计2026年中国市场规模将达到850亿美元,五年复合年增长率为25%。

在智能化、数字化趋势下,基础设施市场增长强劲,如何降本增效,开拓创新业务是当前企业热议的话题。继推出ZNS SSD之后,浪潮存储针对云服务市场推出了基于单根高速直通I/O虚拟化技术(Single-root I/O virtualization,简称SR-IOV)的自研企业级NVMe SSD产品,实现降本增效。

浪潮SSD

什么是SR-IOV?

SR-IOV,是一个外围组件快速互连(PCIe)的标准体系结构。基于这种结构,上层系统的虚拟层可以对服务器存储盘IO进行管理及共享。传统IO虚拟化方案占用PCIe插槽硬件和CPU资源较多且具有高延迟、低性能、低隔离性等短板,能克服这些痛点的基于SR-IOV硬件I/O虚拟化解决方案迎来广阔的市场空间。

例如,某互联网一线云服务供应商,可以提供不同的云硬盘出售服务,包括提供不同容量、带宽、IOPS的QoS服务。一个宿主机支持多个提供SSD存储服务的虚拟机,并且SSD的容量(50G/100G/150G等)可以由终端客户(虚拟机的购买者)进行自主选择,同时要求每个虚拟机都要保证服务质量。这就对SSD设置了技术“门槛”:其一SSD要实现性能隔离,每个Mini-SSD使用特定额度的性能且互不影响;其二SSD要能支持QoS控制,实现性能分售,保证每个Mini-SSD性能负载均衡;其三,达到性能极限,让多个Mini-SSD性能总和贴近一个完整SSD的性能,最大化发挥硬件资源潜力。

浪潮SSD:基于SR-IOV,释放闪存潜力

针对互联网用户需求,浪潮存储基于第二代自研PCIe 4.0 NVMe SSD实现I/O虚拟化(SR-IOV)功能,支持1个物理功能(PF)和127个虚拟功能(VF)。浪潮SSD能够将主控所支持的1025个队列和中断,通过虚拟化管理命令动态地将资源虚拟化队列(VQ)和虚拟中断(VI)分配给不同的虚拟功能,每个虚拟功能支持65个虚拟队列和虚拟中断。同时浪潮SSD将整个SSD的用户存储动态分配为128个命名空间(Namespace),将其自由地关联到不同的虚拟功能上,进行逻辑区块地址(LBA)的隔离,保证每个命名空间的最大读带宽/写带宽、最大读IOPS/写IOPS。如下图所示,

SR-IOV SSD架构图

浪潮存储自研SSD NS8600G2将NVMe SSD与SR-IOV结合,在多个虚拟机情况下进行物理资源共享,虚拟机可直接访问硬件资源,降低宿主机的CPU利用率,充分发挥SSD的高性能。在虚拟化和云计算场景下,浪潮企业级SSD借助SR-IOV虚拟化技术可以减少用户所需PCIe设备数量,同时使用NVMe SSD能够实现多命名空间管理,不同命名空间分配给不同的虚拟主机,从而达到数据IO相互隔离和QoS性能保障的目标。

浪潮SSD通过将底层高速存储介质和SR-IOV特性的结合,降本增效显著,具体如下:

一是高QoS:无需软件虚拟层或者硬件卡,虚拟化损耗低,算力与IO实现同路径,延迟降低60%以上;

二是节约成本:节省主板PCIe插槽资源和额外PCIe卡的运维开销,对比加速卡方案节约成本;

三是虚拟层精细化:以更高能效比卸载CPU算力约10%,支持多虚拟机环境下的SSD的空间隔离,虚拟化算力由各个SSD控制器承接,虚拟化管理更加精细精准。

近年来,浪潮存储持续加大研发投入和创新,将底层硬件核心部件技术与用户应用场景需求紧密结合,发挥闪存的高效、可靠、绿色优势,以技术创新优化产品方案助力关键行业实现突破应用,全面释放数据价值,加速数字化转型。