华为全闪存的“核芯”力量

毫无疑问，我们正在高速迈进以数据为中心的智能管理时代。不论是私人个性化的新闻阅读体验，还是企业从设计、生产到物流等多个环节的精准控制，智能的数据管理、调度、挖掘和分析都能帮助我们基于用户需要提供定制化服务，改善用户体验；精细化控制每个环节，节省管理成本；重新定义商业模式，开拓新的商业机遇。

作为企业智能化转型的利器，全闪存天生的高性能优势，为加速关键业务带来了新的动力。通过芯片、网络和管理的垂直整合，华为OceanStor Dorado构建了从前端多协议智能处理芯片、SSD智能控制芯片到智能设备管理芯片的端到端芯片平台，为全闪存存储带来了创新的加速方案，可加速业务性能3倍，实现资源的最大化利用，最终向客户提供更强性能的产品。

SSD智能控制芯片，加速SSD盘内数据读写

SSD作为闪存的核心部件和数据载体，其本身的性能和稳定性对全闪存系统的能力起着至关重要的作用。区别于CPU和内存等电器元件，SSD盘片的设计一般不依托于存储控制器，具有一定的独立性，主要由包含SSD Controller和DRAM在内的控制单元与NAND Flash存储单元组成。控制单元负责数据读写，采用FTL（Flash Translation Layer）保存用户LBA到SSD盘内物理页面的映射关系，存储控制器向SSD盘内读数据时自带一个LBA地址，通过保存在SSD Flash的控制软件查找到LBA地址对应的物理地址，然后再从Flash中读取对应的数据返回给主机；写入数据的时候，软件写入完毕后，再去更新FTL映射表。可见，FTL是整个SSD的核心，决定了SSD数据读写的响应速度。

为了获得极致的闪存速度，华为创新地采用SSD控制器芯片来加速SSD盘内的数据读写，将FTL算法从SSD内部的控制软件层封装到SSD控制芯片内实现，所有读取和写入FTL的操作全部由芯片完成，减少了软件交互次数，有效降低了I/O响应的时延。举个形象的例子，在Windows 95时代，开启电脑需要加载一长串复杂的代码、等待2～3分钟才能进入开机界面；在Window 2010时代，电脑内置了更强劲的CPU承担代码加载的工作，所以我们不必再花费漫长的时间等待，瞬时即可进入开机界面。根据华为性能&兼容性实验室实测，在低负载场景下华为SSD的读时延低至80μs，仅为业界同类SSD的60%，性能优于友商近2倍。

然而，这就够了么？答案显然不是这样！依托创新的芯片，华为首创采用FlashLink™技术，从SSD控制器芯片、SSD盘片、NVMe架构和专为闪存设计的存储操作系统进行端到端加速，保障在开启了重删、压缩和快照等增值特性后，仍然维持0.5ms的稳定时延，有效避免了高峰期业务瓶颈，实现了业务的3倍加速。

特别值得一提的是，基于闪存设计的存储操作系统开发了创新的盘控配合算法。众所周知，垃圾回收是影响SSD盘性能的主要因素，如何有效地控制垃圾回收成为发挥SSD盘和闪存性能的关键。华为OceanStor Dorado全闪存基于自研的SSD和闪存操作系统，通过内部软件算法的优化，让存储控制器能够实时了解SSD盘内的数据布局，并做出相应调整，从而使得存储控制器内的数据布局与SSD盘内的数据布局保持一致，控制器内的数据按照SSD盘内所需的格式写入到SSD盘内，有效避免了数据落入SSD盘后的搬迁与垃圾回收，保障了闪存系统的稳定和高性能。这就是盘控配合算法的核心，具体的实现技术上采用了大块顺序写、元数据独立分区和端到端I/O优先级调整的手段。

基于SSD智能控制芯片和FlashLink™技术，华为又快又稳全闪存OceanStor Dorado承载了SSD盘到存储控制器的加速，实现了0.5ms的稳定时延。

智能多协议接口芯片，加速前端网络端口数据读写

前端卡是存储必不可少的组件，应用数据只有通过前端卡才能从服务器传输到存储阵列，目前业内可见的前端卡包括了8G/16G/32G FC、1/10/25/40/100 GE以及10G FCoE等，每张前端卡仅能支持一种协议，不能灵活转换，这无疑是一种浪费！为了更高效地使用前端卡，华为创新采用了多协议接口芯片，集成了GE/10GE/FC/FCoE等多种协议接口，客户可将通过IP和FC协议承载的数据整合到同一个接口芯片中。在10GE或8/16G FC组网下只需要更换光模块部件，而无需更换卡件，即可支持任意协议转换，极大地增加了网络灵活性，降低了用户数据中心的网络建设和维护成本。

更为重要的是，智能多协议接口芯片内部的硬件逻辑模块实现了checksum、FC等协议栈功能，使其处理流程、逻辑和功能完全由芯片替代了以往依靠CPU软件的实现方式，满足了存储业务高并发I/O吞吐和低延时响应的业务要求。通俗地讲，智能多协议接口芯片offloading所实现的功能，就是将TCP/IP网络功能中以往需要CPU干的活（checksum、FC等）移到芯片上来干，以提供更高的网络处理性能、释放x86 CPU处理器的资源，实现了网络访问与数据交换的加速，以及存储设备整体性能的提升。经过华为性能实测，在同样的前端卡（16G FC）和同样的测试模型（7:3数据读写，8K I/O数据块大小）下，华为又快又稳全闪存OceanStor Dorado的性能优于友商3倍。

最后我们来看下FCoE，FCoE同时保留了FC的功能和基于以太网的传输，从而保护了基于FC协议的软硬件投资。智能多协议接口芯片融合了以太NIC和FC网络HBA卡功能，通过一张接口实现了两种网络I/O的融合，以此减少了额外的线缆和交换机数据，简化了网络管理；另一方面，传统方式通过主机CPU卸载FCoE协议，这会消耗大量CPU资源，导致主机CPU无法同时解析其他网络协议，从而无法满足高性能网络的需求。华为又快又稳全闪存OceanStor Dorado采用智能多协议接口芯片实现FCoE协议的卸载和解析功能，减轻了主机CPU负载，提升了网络整体性能和服务器的可用性。

设备智能管理芯片，加速故障管理修复

IT设备在运行过程中不可避免地会遇到各种故障，如何快速识别故障并从故障中恢复过来，是考验IT设备稳定性的核心指标。设备智能管理芯片是华为又快又稳全闪存OceanStor Dorado的管理心脏，采用内置的故障诊断和故障预警两大专家库提升故障诊断精准率。而快速诊断是快速恢复的前提，采用设备智能管理芯片的每秒管理运算能力可达2000DMIPS，优于同类友商的5倍，在控制器故障、前端接口卡故障以及管理板卡故障等场景下，能够实现秒级故障切换，且切换过程中数据不丢失、业务不中断、用户无感知。

在智能节能方面，设备智能管理芯片也表现卓越，可以精细化监控每个模块的健康度、功耗和温度等参数，采用静态功耗控制和动态功耗控制相结合的技术，一方面通过主动调节系统散热降低芯片温度，从而控制芯片静态功耗；另一方面则采用嵌入式DEMT动态能源管理技术，通过监控分析系统应用状态识别并关闭空闲模块时钟和工作电压，降低芯片工作的动态功耗。根据实测，在CPU负载不变的情况下，整机能效比提升可达16%，从而有效节省能耗的开支。

无论在人工智能、大数据、自动驾驶和区块链等先进领域，还是在传统医疗、制造、金融等行业，芯片的核心技术创新已经成为企业的主要驱动力。华为存储在自主芯片研发上的持续投入和技术创新，帮助企业更好地应对数字洪流的挑战，快速推进数字化转型。SSD智能控制芯片以介质为核心，针对介质特性定向优化，充分发挥介质优势，提升用户体验；多协议智能处理芯片简化组网，降低管理成本，同时卸载网络协议，实现数据读写加速；智能设备管理芯片帮助用户快速定位故障，实现秒级故障切换，并在节能方面表现卓越，帮助IT租赁类用户节约成本，开拓新的商业机遇。

通过技术创新和软硬件芯片垂直优化，华为存储致力于消除CPU、介质和网络发展不均衡导致的鸿沟，提供更快、更好、更省的产品和解决方案，与客户一起实现商业成功。