上周末参加了冬瓜哥的存储和服务器底层原理架构训练课程，又重拾了存储和服务器的部分常识。个人言辞不代表冬瓜哥及地点公司观念。

　　从底层原理完成视点来看，存储和服务器的物理硬件实质都是三大件：CPU、内存和I/O的组合运用。

　　在CPU芯片方面，CPU芯片从工艺规划到流程制作均是高精尖的科技硬实力表现，而我国在这一方面一向在投入重金进行技能研制、生态圈建造和技能追逐。现现在，我国在AI芯片的工艺规划上，处于和世界同一起跑线的方位，这一块首要依托国内的寒武纪等公司的技能，而在传统CPU芯片及GPU芯片范畴，不管是在芯片规划仍是在工艺制程方面，均至少落后世界技能2到3代的距离。在于芯片规划方面，折腾多年总算出了个胡伟武的龙芯。还记得当年在校园的时分，胡伟武的龙芯研讨地点重庆江津落户，咱们校园就暂借了一个教室给胡伟武的安顿暂时的龙芯研讨所。其时的龙芯项目有钱，是一切地×××府争夺的香饽饽，终究重庆江津拿下了，当然首要内因仍是因为其时胡伟武的导师，我国计算机工作的奠基人夏培肃先生是重庆江津人。话归正传，在CPU芯片的工艺制程范畴，其制作技能半导体职业在我国起步晚，底子薄，也缺少相关方面的领军人物和技能科学家，比方相似台湾张忠谋这样的大将。我国现在首要的龙头企业中芯世界，还在以较低良率的28nm量产，40nm制程彻底老练的规范技能在进行技能探究。而依照技能队伍，榜首队伍：台积电、三星、Intel，现已把握了7nm、10nm的高端制程量产技能，而且在试验室研讨规划5nm的工艺制程；第二队伍格罗方德（Global Foundries）、联电（UMC）等，在高端10nm、14nm上有小规划的量产，28nm制程算是彻底老练；中芯世界只能算是第三队伍的成员了。

　　在内存方面，真实能称为内存制作公司的只需那么几家。内存制作商会在各个出产阶段规划、出产和测验组件和模块。内存模块由两块芯片组成：存储数据的DRAM半导体芯片以及将内存芯片与计算机其余部分衔接起来的印刷电路板(PCB)。具有出产DRAM芯片才干的半导体制作商分别是Micron 美光、三星、海力士和东芝，这三家占有了商场上95%的比例。在内存工业方面，国内一向动作一再，其间具有典型代表便是紫光公司，具有国家方针与资金的扶持，经过收买和技能合作，紫光公司总算可以推出市面上干流的内存产品了，可是因为制作工艺上落后，良品率极低，无法在数量上左右商场。而且新的内存技能HBM现已呈现，现在在市面上流转的首要是HBM 2，AMD在2015年发布的Fury系列显卡上，初次商用了榜首代HBM技能，超高的带宽以及极低的占用面积彻底改动了其时的显卡规划，随后NVIDIA也在Tesla P100上选用了HBM 2技能。比较较现在的DDR内存技能，现在市面上的HBM 2内存，中心容量可达8Gb，经过TSV技能可以完成每个CPU支撑64GB HBM2内存，每路插槽的带宽可达2TB/s，而到了HBM 4年代，每个CPU支撑的容量可达512GB，带宽超越8TB/s。而现在的CPU处理器在支撑8通道DDR4内存的情况下，最高容量才干到达2TB，而且带宽只需150GB/s，与HBM内存比较距离显着。

　　在I/O方面，和CPU、内存不太相同的当地，在I/O方面没有存在任何一家具有独占性质的公司，首要原因在于I/O模块和品种太多，任何一家公司都不或许彻底的悉数出产和规划制作，必需求规划出一条普适性的敞开规范，一切的I/O厂商依据规范进行产品出产和适配，这样才干集成和组合不同的I/O设备。

　　服务器与存储之间首要经过网络I/O和存储I/O进行联动。网络I/O方面，毫无疑问以太网君临天下，现在10GB现已是标配和量产的规划了，40GB也在小规划的试用，100GB也在试验阶段。而存储I/O方面，I/O规范和规范品种较多，因而偏重介绍如今抢手和干流的I/O规范NVMe、PCIe以及SAS。

　　NVMe（Non-Volatile Memory express）称为非易失性内存主机控制器接口规范，是一个逻辑设备接口规范。简略地说，NVMe是专门为闪存类存储规划的协议，因为闪存类存储处理速度远远高于传统协议传输的速度，因而闪存类存储需求新的协议去支撑高速的存储处理。NVMe在服务器与存储设备上的运用，可分为后端与前端两品种型，后端的NVMe运用是代替SAS协议，作为SSD或Flash存储衔接控制器的协议；前端的NVMe运用，则是将NVMe嫁接在既有的网络传输通道上，构成外接的NVMe-oF传输架构。NVMe的后端运用现已进入老练期，现现在市面上首要的SSD硬盘的均支撑NVMe协议且现已批量的运用，只需咱们的电脑主板上集成有PCIe的插槽，就可以接入NVMe的协议的SSD硬盘或Flash介质。但前端运用的NVMe-oF架构仍在推行和测验。而且因为前端协议品种繁复，NVMe均为其做了适配并进行了测验，因而可以占有干流的到底是哪一种嫁接方法没有有结论。因为根据32Gb FC、根据InfiniBand，根据25/50GbE RoCE或iWARP以太网络等多种形式的NVMe均具有各自不同的利害和运用场景。

　　咱们具体来看NVMe在服务器与存储设备在后端上的老练运用。首要分为根据PCIe接口的NVMe SSD和根据PCIe接口的NVMe 后端协议。

　　NVMe是一种接口规范或许协议，SSD硬盘或Flash介质经过该协议和控制器进行通讯，因为SSD硬盘或Flash介质和通讯协议以及变得愈加高效，再运用传统的SATA接口现已不在习惯高速增加的需求，因而接口也需求相应的做出改动，这个改动便是PCIe。

　　现在主板上的插槽基本上都是PCI插槽或许PCIe插槽。PCI插槽是现在个人电脑中运用最为广泛的接口，简直一切的主板产品上都带有这种插槽。运用PCI，电脑经过插接不同的扩展卡可以取得现在电脑能完成的简直一切外接功用。而PCIe全称是“PCI-Express”，是根据PCI的更新晋级版别，是最新的总线和接口规范，它本来的名称为“3GIO”，由英特尔在2000年提出，最后由PCI规范化安排进行规范化并推行全世界。

　　现现在服务器上集成的PCIe插槽都是PCIe3.0规范，可是存在的一个问题是，服务器的主板面积和空间有限，所可以集成的PCIe数量也是有限的，当服务器的硬盘悉数都运用NVMe SSD并运用PCIe通道作为传输介质时，服务器主板的PCIe传输通道就不够用了。比方一块NVMe SSD占用4条PCIe 3.0，一台规范的2U服务器插满24块NVMe SSD，就占用多达96条PCIe传输通道。因而为了处理服务器主板PCIe资源严重的问题，PCIe规范化安排就推出了PCIe 4.0规范，PCIe 4.0单通道传输率比PCIe 3.0进步一倍，因为一块NVMe SSD占用4条PCIe 3.0通道是为了取得足够多的传输带宽，因而进步PCIe单通道的传输带宽即可削减NVMe SSD对PCIe通道的占用，在PCIe 4.0规范下，一块NVMe SSD只需占用2条PCIe通道接口满意传输带宽要求。根据此，PCIe规范化安排发布公告显现，将会持续推出了PCIe 5.0，可以在PCIe 4.0的基础上让单通道的传输速率再进步一倍。也便是PCIe 5.0规范下的单通道的传输速率是PCIe 3.0规范的下的4倍，一块NVMe SSD只需占用1条PCIe 5.0通道接口满意传输带宽要求。

　　在存储系统的系统中，控制器和后端存储硬盘柜之间的衔接选用的是如今干流的SAS-3规范，也便是具有12Gb SAS技能规范的SAS接口和协议。SAS是现在最重要的企业级存储I/O规范之一，也是SSD与外接硬盘柜的规范规范，在存储系统的江湖里，SAS现已长时刻一致了一切存储设备的后端存储I/O规范太长时刻。SAS是一种协议也是一种接口，严格来说是SAS协议和SAS接口，只不过因为都叫SAS，所以一致运用SAS代指。

　　因为硬盘介质选用SSD，因而假如再选用本来的SAS来衔接控制器和硬盘柜之间的I/O传输，和直连主机端相似，传输通道将无法满意SSD的需求。因而有人就在测验运用根据PCIe的NVMe来代替SAS，而且现已有了实质性的开展，因而SAS将有或许会被根据PCIe的NVMe代替掉。

　　SAS规范的起草和开展略为滞后，SAS-3现已问世很多年了，可是SAS-4一向处于难产阶段，现在的SAS-4现在还在控制器元件阶段，还未实践进入存储产品运用傍边，而根据PCIe的NVMe现已实践的运用于存储产品傍边了，可想而知SAS的速度和反响，尽管SAS-4的传输频宽比SAS-3进步一倍，单一通道可达24Gb/s，会聚4条通道便可到达96Gb/s。可是NVMe并不比SAS-4差劲多少，而且SAS还有天然生成的推迟缺点，SAS-4的推出恐怕已时不我予。

　　归纳来看，根据I/O规范的技能的一种通用的技能规范和规范，国内和世界的距离在于产品和模块的运用和研制上面。举个比如来说，国内现在无法自主完成的机械硬盘，在SSD硬盘年代，因为SSD是根据闪存颗粒完成的，因而在技能难度上国内可以完成而且也可以推出自主的SSD产品，可是在I/O规范的规范拟定和参加上，国内还存在必定的距离。市面上常说：一流的企业做规范，二流的企业做品牌，三流的企业做产品。中国企业假如要在未来的竞赛中占得一席之地，还得参加拟定游戏规则。