固态存储是未来｜浅析SSD架构的演进与创新技术-2

news2025/1/6 20:31:34

除了性能和容量这两个最大的诉求外，其他的需求已经成为SSD现场架构的核心竞争力。

一是安全性：随着数据安全威胁日益严重，SSD的安全设计成为关键，包括提供单芯片硬件信任根、遵循FIPS140-3安全标准以及支持一次性可编程位字段来锁定生产后的接口，确保数据加密传输和保护，并集成加密引擎以加速安全处理流程。OCP规范也针对TCG 安全要求提供了详细的定制

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二是故障定位能力：在企业级基础设施中，SSD需具备自我监控、分析和报告技术（SMART）功能，以便实时了解硬盘健康状况，预测潜在故障，并进行预防性维护。

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OCP NVME SSD规范解读-8.SMART日志要求-1
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为了便于现场诊断和解决硬件问题，SSD控制器设计应包含内置的诊断工具和机制，支持收集闪存、PCIe 或 DDR 等组件的初始化及边缘测试数据。同时，为防止非授权访问，可以通过安全位锁定调试接口。

三是SSD智能化：实现命令处理加速和IO预测能力。

处理加速器子系统：机器学习用于实时分析和预测存储行为，降低闪存读取过程中的误码率（BER），通过迭代升级可进一步增强BER减少的效果。此外有专门负责管理和优化PCIe通道的仲裁，确保读写性能达到最优，并满足服务质量（QoS）要求。
数据处理单元(DPU)子系统：实现加密和数据保护功能，保证数据安全，同时通过对芯片内部缓冲区及控制器内存子系统的优化，提升数据处理效率。
智能监控与维护：通过集成MLE和其他AI算法，实现实时监控硬盘状态和健康状况，为运维团队提供有效工具进行预防性维护。

另外，目前已经从传统CPU为中心的架构，开始向以数据为中心的新型架构转变。新的架构处理需求，就涌现了多种卸载传统CPU计算能力的产品，比如DPU、CSD等。

计算存储的基本理念是利用SSD控制器的一部分计算能力来执行超越内部存储管理的更多任务。当数据通过SSD的I/O通道传输时，SSD会丧失其巨大的内部带宽。若将部分计算功能移至SSD内部，则可利用这一巨大带宽实现闪电般快速的操作，同时减轻服务器负载并减少网络流量。

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服务器目前正面临着内存性能挑战，而CXL部署提供了短期和长期的解决方案。从CXL 1.1开始，AI云服务器可以从内存扩展中受益，而CXL 3.0有可能为GPU、DPU、FPGA和ASIC等加速器提供直接访问内存池的权限。预计云服务提供商和超大规模企业将对由CXL 2.0发起的内存池和可组合服务器表现出浓厚的兴趣。同时，数据库服务器将利用运行更大的内存数据库以加快分析速度的能力。

数据中心工作负载变得越来越复杂，需要越来越多的计算能力和内存来处理不断增长的数据量。内存是一种非常昂贵的资源，2022年占服务器价值的平均比例约为30%，预计到2025年将超过40%。为了解决这些问题，已经提出了新型内存处理器接口，旨在优化资源的使用和加速数据中心工作负载的执行。在这种动态背景下，CXL已经崛起并获得了业界的广泛支持。