【打破长年束缚储存阵列效能的瓶颈，迈向新世代I/O架构】首款PCIe 4企业级储存阵列问世

以HPE今年中发表的Alletra 6000为开端，企业储存领域正开始一波I/O架构革新潮流。

为了追求访问效能的突破，以NAND Flash存储器为基础，10年前开始了闪存阵列潮流。 然而随着固态储存应用的逐渐深入，传统的磁盘传输协议，成了制约储存效能进一步提升的瓶颈，于是，在5年前又开始了储存阵列传输架构NVMe化的潮流，以嫁接在PCIe总线上、专为固态储存装置发展的NVMe协议，取代传统的ACHI协议。

当NVMe接口的应用逐渐普及后，此时，PCIe 3.0总线又成了束缚NVMe扩展应用的原因。 而储存阵列控制器的总线架构，之所以长期停滞在PCIe 3.0，又与掌握储存处理器市场的Intel保守的发展策略，脱离不了关系。

这样的态势，一直到了HPE的Alletra 6000，才终于有了革命性的变化，这款产品透过引进AMD处理器，将控制器汇流排架构升级为PCIe 4.0，不仅打破PCIe 3.0导致的I/O效能限制，连带也松动Intel对储存处理器的垄断局面。

Alletra 6000是HPE原有Nimble存储阵列家族的进化发展，是业界第1款采用PCIe 4.0的企业级储存阵列产品，结合全新运算核心与全面NVMe化的I/O架构，拥有3倍于上一世代产品的效能。

Nimble家族的继承与发展

今年年中新推出的Alletra 6000，其实，可看作HPE原有Nimble储存家族的进化升级版本，也是Nimble Storage自2017年并入HPE以来，Nimble储存家族最重大的一次更新。

在HPE刚并购Nimble Storage之初，仍延续原本Nimble的CS混合阵列，以及AF全快闪阵列两大产品系列（前者为SSD+硬盘混合储存架构，后者为纯SSD的全快闪架构）。 后来，在2018年中，HPE针对Nibmle家族进行了HPE化的改款，于是，CS系列改款为HF混合阵列，AF系列也从AFx000转为新的AFx0系列，硬件则换成HPE自身的储存服务器。

接下来，HPE又在2020年中为Nimble AF系列小幅升级，引进储存级内存（Storage Class Memory，SCM）模块。

时隔1年后，Nimble家族迎来了历来最重要的一次更新，新的Alletra 6000继承Nimble家族既有的软件核心，同时还全面翻新硬件架构，导入了AMD处理器平台、PCIe 4.0，以及全NVMe架构等3大更新。

业界首款PCIe 4.0储存阵列登场

十多年来，Intel处理器几乎统治整个企业级储存设备的核心处理器应用，从低阶的入门级产品，到中、高端储存阵列，系统核心几乎都被各式各样的Intel x86处理器占据。 但另一方面，Intel在储存处理器领域的垄断，也给存储核心架构的进步带来负面影响，特别是在总线架构方面。

储存设备对I/O吞吐能力的需求永不嫌多，但Intel处理器平台的总线架构，长期停滞在PCIe 3.0，等于阻碍储存设备厂商对于提高数据吞吐量的期望，越来越无法因应新一代网络接口，以及数据传输架构的要求。

面对Intel处理器在技术变革采取了「挤牙膏」式的保守策略，也使得率先采用PCIe 4.0接口的AMD，有了重回储存设备处理器市场的机会。

早在3、4年前，AMD处理器便开始进到储存产品应用，部分厂商在入门级NAS产品采用AMD Ryzen处理器。 接着在2020年中，HPE与Dell等两大厂，又先后在超融合产品线引进AMD EPYC处理器。 时隔一年，HPE的Alletra 6000成为第1款采用AMD处理器，以及应用PCIe 4.0架构的主流存储阵列产品。

PCIe 4.0带动I/O接口新进化

Alletra 6000采用AMD处理器，象征Intel对于储存处理器的统治出现松动，更重要的是，借此导入了PCIe 4.0架构，一举打破针对PCIe 3.0对储存阵列控制器I/O效能提升所造成的长年瓶颈，并且也获得了更充份的PCIe传输通道资源，来因应安装新一代高速传输界面的要求，让Alletra 6000能安装Nimble系列原本没有的100GbE网络接口，并支持更多数量的32Gb FC接口。

而凭借着PCIe 4.0所带来的传输能力增长，Alletra 6000也导入全NVMe架构的后端储存接口，不仅所有SSD模块都采用NVMe接口，甚至，连结扩充柜的外接界面，也采用NVMe-oF架构。

凭借采用全新的硬件核心，HPE宣称Alletra 6000比Nimble AF系列，提升了3倍效能。 事实上，在HPE提供的SAP HANA认证测试结果中，作为中阶产品的Alletra 6000，透过4节点丛集配置，表现甚至超过一些高端产品。

HPE Alletra 6000储存配置

全面支持NVMe SSD
Alletra 6000系列采用4U/24Bay规格的控制器机箱，并全面支持NVMe接口，出厂时预载了12或24台NVMe SSD，并有1.92TB、3.84 TB、7.68 TB与15.36 TB等4种SSD容量可选。 对于预载12台NVMe SSD的控制器配置，HPE另外提供了安装另外12台SSD的容量升级套件选项，并同样有1.92 TB、3.84 TB、7.68 TB与15.36 TB等4种SSD容量规格可选。
如同上一代的Nimble AF系列，Alletra 6000的控制器机箱也提供了外接扩充柜的扩展能力，每台控制器机箱可以外接1或2组扩充柜，不过目前HPE尚未备妥Alletra 6000的外接扩充柜功能，要等到日后才能实际提供。

继承过往HPE Nimble系列存储阵列的特性，今年登场的Alletra 6000系列也具备Scale-Out横向扩展，以及Suale-Up纵向扩展能力。

相较于过往Nimble系列所采用的4U/48Bay机箱，Alletra 6000改用4U/24Bay机箱，机箱容纳的SSD模组数量只有前者一半，但是，可以使用容量更大的SSD模组，因而仍能提供同等级的系统容量。

例如，Nimble AF系列最大支持7.68 TB的SAS SSD，Alletra 6000则能支持15.36 TB的NVMe SSD模块。

在Suale-Up縱向擴展模式下，Nimble AF系列支援的容量是6至1,106 TB，而Alletra 6000則為23至1,104 TB。在4系統組成的Scale-Out橫向擴展模式下，Nimble AF系列的最大擴展能力為4,424 TB，而Alletra 6000亦達到4,416 TB。

關於儲存級記憶體（SCM）搭配，如同上一代的Nimble AF系列，Alletra 6000同樣是以PCIe擴充介面卡的型式來支援，目前的Alletra 6000系列中，以較高階的3款（6050、6070與6090）而言，每臺陣列可安裝1張1.5 TB的SCM卡。

至於SCM的應用形式上，Alletra 6000也和Nimble AF一樣，是作為輔助的快取讀取緩衝區，而非ㄧ般的儲存區。

但是，Alletra 6000目前同时继承了过去Nimble家族专属的快取加速循序布局（Cache Accelerated Sequential Layout，CASL）存取技术，因此，这系列产品可透过SCM模组，承载前端主机的读取负载，搭配高命中率的快取算法，可达到「All SCM」的读取加速效果，原厂宣称藉此可缩短50%的平均读取延迟。

HPE Alletra 6000硬件解剖

就产品沿革来说，Alletra 6000可视为原有Nimble AF系列的硬件更新版本。 但从Nimble AF到Alletra 6000的发展，可说是一次大跃进，因为这当中引进了「AMD处理器」、「PCIe 4.0」、「全NVMe储存架构」，蕴含了3大更新。

Alletra 6000控制器全面翻新了控制器核心，以AMD EPYC处理器取代Nimble家族过去长期使用的Intel Xeon处理器，并以PCIe 4.0架构，取代已沿用多年的PCIe 3.0，同时，储存接口也已全面支持NVMe。

导入AMD处理器与PCIe 4.0

虽然HPE并未公布Alletra 6000采用的处理器型号，但作为HPE合作厂商的AMD，则公开透露Alletra 6000采用了他们的EPYC 7002系列处理器，这当中包括EPYC 7252、EPYC 7302、EPYC 7502与EPYC 7742等几款，可提供8至64个核心，相较于上一代的Nimble AF系列，Alletra 6000每个处理器插槽提供的运算能力可提升一倍。

随着导入AMD EPYC 7002，Alletra 6000一并获得这系列处理器内含的PCIe 4.0架构。 EPYC 7002系列处理器支持128条PCIe 4.0传输通道（lane），每条传输通道的带宽都比PCIe 3.0高出一倍，大幅提高了Alletra 6000控制器的I/O吞吐率，也能借此提供更多的PCIe扩充槽，从而配置更多的I/O端口。

事实上，前代Nimble AF系列的每组控制器只能提供3组PCIe扩充槽，而Alletra 6000增为6组PCIe扩充槽，不仅可配置的I/O端口数量提高一倍，带宽也更大，足以因应100GbE网络、NVMe等十分消耗PCIe传输资源的新技术需求。

全NVMe储存架构

凭借着PCIe 4.0接口的引进而大幅提高控制器内部传输能力，也让Alletra 6000迈向「全NVMe储存架构」打好了基础。

上一代的Nimble AF，对于NVMe存储设备的支持相当有限，只能透过预留扩充槽安装NVMe接口的SCM卡，至于SSD模组则仍然是SAS接口。

而Alletra 6000藉由引进PCIe 4.0接口，大幅提高了控制器可提供的PCIe传输通道与带宽，进而导入全NVMe架构的储存界面，不仅SSD模块全面采用NVMe接口，与外接扩充柜的连接，同样也是采用基于NVMe的NVMe-oF传输架构，因此，构成了「端到端（End-to-End）」的NVMe传输架构。

当前虽然已有部分储存阵列产品，先一步采用了全NVMe储存传输架构，但这些产品是在PCIe 3.0的基础上，来打造全NVMe架构，在PCIe传输通道资源的限制下，让这些产品的扩展能力都受到很大制约，不论是能支持的SSD数量，或是扩展容量，都明显不如原本基于SAS接口的同系列产品。

但Alletra 6000则通过导入PCIe 4.0，为兼顾NVMe的传输带宽，以及SSD模组扩展数量等两方面的需求，提供了解决办法。 PCIe 4.0每条传输通道的带宽，较PCIe 3.0高出一倍，可在使用同等传输通道数量的情况下，提供高出一倍的总带宽;而在提供同等总带宽的前提下，PCIe 4.0只需耗用PCIe 3.0一半的传输通道数量，从而可支持更多的PCIe装置。

机箱正面
如同上一代的Nimble AF系列，Alletra 6000也是由内含控制器、称为Head的基础阵列机箱（Base Array），搭配扩充柜（Expansion Shelve）组成，每组基础阵列机箱可以外接1或2组扩充柜。 差别在于Alletra 6000的基础阵列机箱改用4U/24Bay规格，不同于Nimble家族长期惯用的4U/48Bay规格。 Alletra 6000基础阵列机箱与扩充柜之间的连接，也改用NVMe-oF架构，而非Nimble系列的传统SAS连接架构。 此外，Alletra 6000的机箱深度也比较短，只有800毫米，短于Nimble AF系列的890毫米，可以更方便地安装到标准服务器机架。

机箱背面
Alletra 6000的每组基础阵列机箱，含有2组控制器，以及4组电源供应器，所有关键组件都是双重配置，可避免发生单点故障的状况，目前整体的可用性达到6个9（99.9999%）。
控制器仍沿用Nimble家族一贯的Active-Standby架构，虽然资源利用率较低，不过，一旦Active控制器失效时，接手的Standby控制器有完整的效能可提供服务。

电源供应器
Alletra 6000系列的电源供应器，有800瓦与1600瓦等2种规格。 较低阶的6010、6030与6050等3款机型，可选用800 瓦规格，较高阶的6070与6090等2款，则只能选择1600瓦规格。

控制器解剖
Alletra 6000的最大特色，便是全新设计的控制器核心，搭载了2颗AMD的EPYC 7002系列处理器，基于PCIe 4.0的总线架构。 在控制器主板上配置了16组DDR4 DIMM内存插槽，并含有附带供电线路的NVDIMM内存模组。 而凭借着PCIe 4.0，也让Alletra 6000能够更容易地支持100 GbE网络卡、全NVMe SSD配置等非常耗用PCIe资源的硬件配置。

I/O接口配置

每组Alletra 6000的控制器都内置了4组管理用的GbE端口 1，另提供了6个PCIe扩展槽 2 ，用于安装选购的I/O接口卡，包括用于iSCSI传输的10GbE、25GbE或100GbE网络卡，或是双端口或4端口的32Gb FC HBA卡，依不同的网络适配器选项，可提供4至48个主机端埠的连接能力。 除了安装网络卡，也能安装1张1.5TB容量的存储级内存适配器适配器。 控制器底部还预留了一个特殊的OCP适配器卡插槽位置 3，可安装用于连接扩展柜的 NVMe-oF 接口卡（但目前 HPE 尚未开始提供）。

HPE Alletra 6000系统管理架构

提供标准的本地网页控制面板
如同一般的存储阵列产品，本地的网页控制台是Alletra 6000最基本的管理工具，可用于系统状态监控与设置、存储资源配置与挂载，以及高级数据服务功能操作等所有主要管理操作。 图片来源/HPE

除硬件架构的全面翻新，Alletra 6000另一特点，是引进新的云端管理平台。

上一代Nimble AF系列的系统管理，分为本地端管理，以及InfoSight云端管理，总共有两个层级。 本地管理包括网页控制台与文字命令行，用于系统配置、储存资源配置、调整，以及数据服务功能操作;InfoSight云端管理平台则提供远程集中监控、故障预测与警示、健康状态诊断、升级建议咨询等功能。

而Alletra 6000的系统管理，除了同样有本地端控制台，以及InfoSight云端管理平台，还增加了新的Data Services Control Console（DSCC）云端平台可用，形成3个系统管理层级。

DSCC是HPE今年中新推出的云端管理平台，未来将成为HPE云服务统一入口与管理平台，目前提供4项主要服务，包括用于存储设备管理的数据管理器（Data Ops Manager），用于监控客户端事件的Audit功能，以及用于协助负载配置的Intent-Based Provision功能，最后是InfoSight平台， 现在也纳入DSCC平台。

其中数据管理器是DSCC的重点功能，可让用户从远程管理本地端储存设备，能执行储存区设定、挂载等作业，包括创建Volume储存区、设定属性、挂载给指定主机，以及快照等数据服务功能。 也就是说，本地端管理控制台的主要核心功能，都可改由DSCC的数据管理器来执行，可以涵盖本地端控制台的管理功能，但又不像本地端控制台会受地理环境所限，未来DSCC还可提供跨平台、跨产品线的远程管理能力。