随着 NVMe 的到来,SAS 路线图遭遇减速

随着NVMe技术迅速发展成为高速存储驱动接口的新标准,SAS将在未来的多年中继续保持其存在,因为其拥有庞大的已安装基础。

由SCSI贸易协会(STA,SCSI Trade Association)负责维护的SAS标准面临一些挑战,STA论坛主席Cameron Brett在伦敦的TechLive活动上就此问题进行了深入的演讲。STA必须制定一项新的路线图,以适应当前的24G SAS标准,但也必须认识到NVMe正在迅速取代SAS,成为高速存储驱动接口的主导技术。

那么,我们是如何形成这个局面的呢?

为了更好地理解这个情况,首先我们需要解构一下涉及的缩写:SAS(Serial Attached SCSI,或Small Computer Systems Interface)是磁盘驱动器和固态硬盘(SSD)使用的一种互连技术。它与SATA(Serial Advanced Technology Attachment)一同使用,两者已经取代了PATA(Parallel Advanced Technology Attachment)。按照今天的标准,PATA传输数据速度相对较慢,最高为133 MBps,支持80GB容量的硬盘驱动器。而SATA速度更快,传输数据速度最高可达300 MBps。

当前的SATA标准,即第3版修订,定义了6 Gbps的带宽。

SCSI代表了对PATA和SATA的升级,因为它用于连接打印机和扫描仪等其它外围设备。

SAS第3版或SAS-3标准定义了12 Gbps的接口带宽,与最终连接到的PCIe 3互连相匹配。而SAS-4或24G SAS,即当前的标准,将这一速度提高到了24 Gbps,并由STA在2019/2020年定义。它在一定程度上是为了应对即将到来的PCIe 4接口,其速度是PCIe 3的两倍。

在谈到SAS-3时,Brett表示:“当时,SAS/SCSI是为HDD进行优化的,因为当时还没有SSD。随着时间的推移,已经采取措施逐渐适应SSD并更好地发挥其性能。而NVMe则是从头开始为基于闪存的存储而创建的,因此更好地优化了SSD。”

相比SATA,SAS-3能够使用更长的线缆,长达12米,而SATA仅有1米。SAS连接器支持SATA连接,但反之则不成立。

在STA/TrendFocus的一份图表中显示,企业级存储容量的主要部分由近线驱动器组成,其中大多数使用12 Gbps SAS接口:

目前市场上并没有24G SAS硬盘驱动器,只有极少数由企业级存储供应商制造的24G SAS SSD产品。这是因为NVMe(非易失性存储表达)互连已经主导了SSD接口领域,而运行在10,000rpm水平的高速硬盘驱动器正在被SSD所替代。这使得大多数企业和个人电脑硬盘驱动器产品仍然以7,200rpm的速度运转,并且能够在12G SAS级别上进行连接。

市场上已经出现了一些24G SAS SSD产品,例如Kioxia的PM6和PM7,以及三星的PM1653。还有各种24G SAS互连产品,如博通的9600系列接口、线缆、连接器、分析仪和扩展器等。然而,总体而言,存储驱动器制造商对24G SAS的采用进展缓慢。

尽管如此,Brett认为SAS在硬盘驱动器互连领域的地位坚不可摧。他预计SAS将继续成为大多数HDD的接口,至少在2027年之前。尽管随着NVMe(通过NVMe v2.0规范)推出硬盘驱动器扩展,它可能会逐渐侵蚀SAS在硬盘驱动器领域的主导地位,但庞大的SAS HDD基础将提供一个持久存在的补充和升级市场。

他指出,NVMe是为闪存而优化的,而SAS则是为磁盘而优化。使用NVMe,可以在SSD上拥有四个PCIe通道,而SAS只有单通道或双通道,使得NVMe接口速度更快。

下一个SAS标准目前正在研发中,将是24G+,定义数据预计将在2025/2026年出台。Brett确实表示,他们并没有考虑将24G速度翻倍到48Gbps,也没有在开发4端口SAS接口。我们了解到,24G+将继续使用SAS-4物理层规范,这意味着速度不会超过24Gbps。我们已经向Brett确认过这一点,他表示:“是的,24G+的物理接口速度与24G(SAS-4)相同,为22.5Gbps。”

STA已经明确了24G+命令持续时间限制、格式化预设和逻辑去填充。STA正在考虑在24G+标准中加入衰减、每个I/O一个密钥、扩展保护信息字段和公平性增强功能。

尽管STA正在将高速驱动器接口领域让给NVMe,但它认为在超大规模存储环境中SAS仍将发挥关键作用。Brett引用了开放计算项目(Open Compute Project)的驱动器底座标准作为佐证:2013年的Knox(6Gbps SAS),2015年的Honey Badger(12 Gbps SAS),2017年的Bryce Canyon(12 Gbps SAS)以及2022年的Grand Canyon(14 Gbps SAS)。他认为至少还会有两代的后续产品,并且它们很可能会采用24G+ SAS。

Brett认为SAS已经成为主导存储接口近二十年的标准,并且在未来几年内将继续保持这一地位。STA正在确保SAS将持续创新,以满足不断发展的数据中心需求。

注:尽管24G SAS名义上是一个24 Gbps的标准,但在24G SAS互连中,每条通道实际上以22.5 Gbps的速度运行。