“3个100”，揭开“全全闪”时代大幕

2023-11-24 02:11

这是一个关于架构升级的耐人寻味的故事……

2022年北京冬奥会期间，首钢园作为自由式滑雪和大跳台项目的举办地而名声大噪。现在的首钢园，高炉的钢架依稀，而滚滚的浓烟与飞溅的钢花却消失在历史的尘埃中。首钢园成功地完成了从火到冰的蜕变，从重工业的首钢厂到创新文化的首钢园的转型升级。就在这同一片土地上，发生了颠覆性的结构性转变，实现了从第二产业到第三产业的飞跃。

架构升级带来的改变在我们身边不断上演。新能源汽车的鼻祖特斯拉，将单一发动机变速箱的架构，变为双电机甚至三电机分别驱动轮轴的分布式动力架构，同时采用一体化压铸技术，彻底改变了车身结构，从而大幅度降低了制造成本。

没有架构的创新，就不可能有产业的跃进、业务的降本增效提质，乃至生态的变迁。这让我们联想到了存储这个既传统又现代的行业，如果没有结构升级与架构创新，数据常青也就无从谈起。

在“全全闪”（All Data on All Flash，全数据全闪存）时代到来之时，不仅仅是更换先进的存储介质那么简单，只有架构的升级，才能更加充分地释放闪存高性能、低延时、高可用等特性，为大数据、人工智能等应用夯实数字底座。XSKY星辰天合正迎难而上。

“星海架构” 质变的砝码

早在2016年，当时的存储巨头EMC就提出，主存储系统将进入全闪存时代，并大胆预测到2020年，用于生产的所有存储系统都将基于闪存阵列。从此，全闪数据中心的理想开始萌芽，在人们期待的目光中，SSD的容量在持续增加，成本在逐步降低，从传统的磁盘阵列到混闪阵列再到全闪阵列，转变与替代也在慢慢发生。

这之后，闪存市场最具代表性的提供商Pure Storage一直高擎全闪阵列的大旗。2023年，在推出最新一代产品的同时，Pure Storage宣称将通过全闪存系列产品打造世界上最高效的数据中心的愿景。如今，Pure Storage的光环仍在，却已经遮掩不住全闪领域初创企业VAST Data的光芒，它率先采用3D XPoint存储技术，将存储系统的成本较传统企业闪存降低了80%。消灭机械硬盘甚至二级存储，进入崭新的全闪存时代，似乎已是指日可待。

11月17日，XSKY星辰天合发布了全新的分布式全闪架构“星海（XSEA，eXtreme Shared-Everything Architecture，极速全共享架构）”，以及星飞（XINFINI）全闪分布式存储。相比那些全闪领域的前辈和自带光环的佼佼者，以分布式技术、软件定义存储起家的XSKY星辰天合，能够成为“全全闪”时代的鲶鱼吗？

XSKY星辰天合CEO 胥昕

“星海架构”无疑是极具份量的一个砝码。“无数的历史事实和经验告诉我们，不能依靠简单的替换式创新，或者单纯地押注单个组件的创新，就能快速推动新技术的普及和大规模落地。”XSKY星辰天合CEO胥昕强调说，“只有用架构的变革来推进创新，才能让昂贵的新技术，以更加合适的价格为更多客户服务。”胥昕的表态显然是对推出“星海架构”最好的注脚。

毫无疑问，近几年闪存技术与市场突飞猛进，其每TB的成本在急速下降，甚至超过预期。但是HDD也在进步，所以SSD始终比HDD贵4至5倍。在预算有限的情况下，用户还是会纠结哪些应用可以跑在全闪阵列上，而哪些还要继续留在混闪或传统磁盘阵列上。价格高昂的全闪存系统还容易形成数据与性能的孤岛，使得高性能数据和算力与大规模、普遍的数据不能融合。从用户的角度，需要的是兼顾性能与成本的分布式全闪存储，以满足多样化业务场景的需要。

怎么办？替换混闪中的介质，或是在缓存层采用更快的持久化内存？这就好比将燃油车中的油箱换成电池，将发动机换成电机，人们期望可以因此获得好的驾驶体验、成本的降低。而事实却并不尽如人意。全数据全闪存，这是必然的发展趋势，也是XSKY星辰天合的愿景和承诺，更是对创新精神的一种考验。

XSKY星辰天合CTO 王豪迈

“我们从2020年就开始了新的构想，致力于设计出面向未来十年的数据中心全闪存存储架构。”XSKY星辰天合CTO王豪迈如是说。实际上，成立8年以来，从早期的V2版本，历经V3至V5版本的演进，直到今天的V6版本，XSKY星辰天合正是通过存储架构层、协议层、功能和应用生态的不断进步，才在软件定义存储这条赛道上越走越快。

存储引擎的架构具备更长的生命周期。举例来说，XSKY星辰天合在发布V5版本时就引入了新一代全局缓存架构XSpeed，它实现了集群中缓存介质的池化，可以整合全部缓存容量，并以三副本冗余度提供高性能IO服务。整合后的全局缓存数据有更大的空间进行回刷，并且在回刷过程中会使用EC纠删码技术和数据压缩功能，大幅提高集群的空间利用率。在V5版本发布后的3年时间里，大量客户因新架构而获益匪浅。

“在企业级存储系统中，存储软件架构是极其重要的。它决定了系统的性能、TCO、扩展性和可靠性等关键因素。”王豪迈表示，“在XSpeed已经大规模使用的今天，我们又看到了硬件技术更大的变化，包括更加强大的CPU和GPU，基于以太网的100Gb存储网络已经普遍使用，SSD介质随着PCIe 5.0的落地和颗粒层数工艺的进步，拥有更大的容量、更好的性能和更低的价格……在技术演进的同时，更重要的是用户对高效存储解决方案的迫切渴望，他们不仅需要通过分配更高性能的存储资源来处理更多任务，而且还追求更高的空间效率、完善的数据保护服务等。”

用户的需求是创新的最大驱动力，而技术的进步又提供了可能性。XSKY星辰天合开始认真思考如何设计一个全新的、面向全场景的分布式闪存存储系统。“星海架构”应运而生。

“3个100” 颠覆了谁？成就了谁？

其实，无论时代如何变迁，技术如何创新，用户对于存储的需求“万变不离其宗”——更高的性能和更低的延时、更高的可靠性与更优化的成本。这也是“星海架构”创新的立足点。

“星海架构”基于最新的标准存储协议和网络技术，主要在以下三方面实现了“颠覆”。

第一，“星海架构”采用全共享模型，即Shared Everything，使得每个节点都能直接访问所有SSD，提供更好的性能可扩展性和服务质量，并且拥有全局视角的逻辑。

Shared Everything与传统的一直在使用的Shared Nothing架构模型是相对的。Shared Nothing模型因其物理资源隔离的能力、易于扩展和管理的特点，在大规模存储解决方案中被广泛认可和应用。但是，随着NVMe规范标准化和100Gb以上高速网络的普及，远程访问SSD的性能已经可以媲美本地访问，Shared Nothing架构“风光不再”。“星海架构”使用了Shared Everything的设计，借助最新硬件平台的支持，克服了Shared Nothing的诸多限制，显著提升了性能、资源效率和整体服务质量。

“Shared Everything的架构设计在性能可扩展方面具有明显优势。随着集群的横向扩展，由于每个节点无需与其他节点的服务进行通信，可以消除不必要的数据转发，从而实现了网络的线性扩展能力；同时，存储容量和性能与CPU、内存资源解耦，为不同业务场景提供更高的灵活性和资源利用率，比如在OLTP场景中，可以部署更高频率的CPU，以实现更低延迟的IO处理。”王豪迈介绍说，“Shared Everything架构赋予了每个节点全局数据读写能力，这意味着可以通过实施大比例的EC纠删码，大幅提升空间利用效率，还可以更好地进行全局流控、后台任务调度，并根据全局SSD的状态实现磨损均衡。”

特别值得一提的是，在可靠性方面，Shared Everything架构显著提高了故障恢复能力。无论出现节点、网络还是SSD故障，其他节点都能迅速接管，保证了业务连续性。针对慢盘、亚健康网络等问题，“星海架构”能够在100毫秒内实现快速切换，确保系统的稳定运行。

第二，在定义存储池的构建方式时，“星海架构”再次挑战了传统模式，放弃了常规的“缓存+数据盘”的方式，转而采用单层闪存介质（Single Tier Flash）进行构建。这反映出XSKY星辰天合对SSD技术和传输标准演进的深刻理解与把握。

基于单层闪存介质，在使用方式上采用Append Only写入，面向TLC NVMe SSD进行优化，减少了硬件配置的复杂性，并且在单个SSD上实现了缓存和持久存储的双重功能。这些技术使得在没有专用缓存介质的情况下，一样能够确保系统具有足够的性能和稳定性。据评估，在常规的混合读写业务场景中，相比分层缓存方式，单层闪存可以降低介质成本20%以上。据王豪迈介绍，通过全局EC和数据压缩技术，“星海架构”可以实现超过100%的存储系统得盘率（可用容量/裸容量）。

此次，XSKY星辰天合是针对TLC SSD进行了优化，未来在合适的时间点上，还会引入对QLC SSD的支持，用于非结构化对象存储。

第三，在传统存储系统中，SCSI协议一直占据主导地位。然而，SCSI在并发处理能力和协议效率上有局限性。相比之下，NVMe协议因其具有更高的并发性和较低的协议开销，目前已得到主流操作系统内核的原生支持。“星海架构”采用端到端NVMe，不仅存储系统对外提供NVMe-oF协议，内部复制网络和IO处理也同样采用NVMe-oF技术。这意味着所有存储节点都通过NVMe over Fabrics高效地访问每一个NVMe SSD，从而避免了存储协议转换带来的额外开销，确保了IO路径的高效处理。

“‘星海架构’能够在40%～60%负载下实现100微秒的超低延迟。”王豪迈表示，“未来，‘星海架构’将持续适应硬件技术的演进。我们正在与领先的智能网卡厂商合作，利用智能网卡进行NVMF协议的硬件卸载，在存储设备上实现从计算节点到存储的高效数据传输。”

通过上述技术创新，“星海架构”实现了“3个100”。这不仅是技术上的飞跃，同时也直接回应了存储面临的三大核心挑战——更高的可靠性、更优异的性能服务水平，以及有效控制成本。基于“星海架构”，XSKY星辰天合推出了星飞软件和星飞9000一体机全闪存储，这也是业界首款采用全共享架构的分布式全闪主存储。

面向OLAP数据库场景，XSKY星辰天合与江苏省农村信用社联合社进行了联合测试。部署了星飞软件的分布式全闪集群，与混闪存储相比有巨大的性能优势，与既有的集中式全闪性能基本持平。如此大幅的性能提升，也让江苏农信对全闪数据中心的实现更具信心。

让数据常青

星飞软件是一个高度集成和模块化的存储系统，它继承了XSKY SDS块存储和文件存储的成熟能力，提供统一存储平台，支持融合部署，可以为虚拟化、私有云、OLTP、HPDA、AI/ML等场景提供良好支撑。星飞9000是由经过验证的硬件结合星飞软件提供的一体机产品，具有一流的全闪存储性能、集中式存储的可靠性和出众的空间效率，能够确保存储系统的良好体验。另外，XSKY星辰天合围绕着“星海架构”和星飞全闪存储，构建起了一个完善的生态系统，与英特尔、新华三、广电五舟、麒麟软件、openEuler、云轴科技ZStack、灵雀云、OceanBase、星环科技、中科软科技、鼎甲科技等众多合作伙伴进行联合验证，确保从硬件设备、云平台、操作系统、关键业务组件到核心业务应用的全栈技术就绪。“基于‘星海架构’的星飞产品会与已有的XSKY SDS V6会进一步融合。”王豪迈表示，“我们会坚守单一技术平台战略，以‘星海架构’为依托，确保一致的存储体验。”

“作为一家独立专业的软件定义存储厂商，我们时常都在扪心自问：我们为什么存在？我们所做的事情是为了谁？我们具有什么样的能力？我们的服务范畴是什么？答案归纳起来只有两点，一是实现‘数据平权’，二是保证‘数据常青’。”胥昕表示，“从最初的V2版本演进到现在的V6版本，乃至‘星海架构’和星飞全闪存储的推出，我们始终坚持上述两个核心不动摇。我们用了几年时间研发‘星海架构’，创新Shared Everything、Single Tier Flash的架构等都是为了更好地践行数据平权与数据常青。”

“星海架构”与星飞全闪能够更好地满足数据中心用户对高效、可扩展存储解决方案的需求，有力地推动新一轮全闪存系统的普及，让闪存更经济且无处不在，以迎接“全全闪”时代的到来。

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来源: qq

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