【儲存陣列：HPE Nimble HF與AF系列】獨特存取架構結合智慧化雲端管理平臺

我們上一次介紹Nimble Storage產品時，還是在該公司仍為獨立廠商的2016年中，當HPE於2017年初併購該公司後，經過一年多的發展，目前已經完成了「HPE化」的轉型。

在HPE剛併購Nimble Storage之初，仍延續原本的CS混合陣列與AF全快閃陣列——前者為SSD+硬碟混合儲存架構，後者為純SSD的全快閃架構。

以CS系列為例，已在2018年中改款為HF混合陣列，AF系列也從AFx000改款為新的AFx0系列。隨著產品改款，這兩個系列的硬體，都已從Nimble Storage時期使用的Supermicro儲存伺服器，改為HPE自家的儲存伺服器，軟體核心的Nimble作業系統也升級到最新的5.0版。

新興儲存架構的先驅

併入HPE旗下後，HPE Nimble與HPE 3PAR並列為HPE旗下兩大儲存產品線，和3PAR一樣，獲得了保有原本Nimble廠牌名稱與產品線的待遇。歷史還不到10年的Nimble Storage，之所以能與身為儲存技術重鎮的3PAR相同待遇，關鍵便在於Nimble Storage一系列極富前瞻性的儲存技術，包括Triple Parity RAID、CASL（Cache Accelerated Sequential Layout）存取架構，以及InfoSight雲端智慧管理平臺。

透過Triple+Parity RAID，讓Nimble成為最早支援3重Parity RAID架構的儲存陣列產品，可容忍RAID群組中出現3臺硬碟或SSD失效，比起只允許1或2臺磁碟失效的RAID 5、6、10等常見架構，具備更高的系統可用性，而且擁有比傳統XOR Parity運算更高的效率，不會因Parity運算而拖慢效能。

CASL存取架構則結合了NVRAM與SSD的寫入與讀取加速，以及循序、stripe寫入架構，可顯著提高存取I/O效能，並對應快閃儲存特性。

而InfoSight雲端管理平臺，則是今日許多雲端AI智慧管理平臺的先驅，可透過雲端管理中心，主動收集與監控全球Nimble儲存陣列運行狀態，並結合分析與預測演算法，適時地自動向用戶發出警示或作出必要的狀態處理與升級建議，無須人工介入，多數常見問題都可透過InfoSight自動對應處理。

而這三大技術，都分別切合了當前的儲存應用趨勢。舉例來說，Triple+Parity RAID克服了傳統RAID架構局限，可允許建立更大規模的RAID群組，滿足更龐大的資料處理需求，但又保有足夠保護能力與效能；至於CASL存取架構，則能因應快閃存取的特性；而在InfoSight雲端管理平臺，則對應了減少人工干預的AI化儲存管理趨勢。許多廠商都是近期才開始切入這幾個新技術，但Nimble早在5年前便已提供了這些功能，顯示了他們的遠見與技術優勢。

HPE Nimble HF與AF系列儲存組態

雙控制器機箱

HF與AF系列均採用4U雙控制器機箱，並透過獨特的雙層托盤設計，提供比標準規格更高的2.5吋SSD容量。

無論HF混合陣列或AF全快閃陣列系列，都採用相似的4U雙控制器機櫃，從外觀來看，和一般基於3.5吋磁碟的4U/24Bay機箱沒什麼不同，但部份磁碟槽含有特別設計的雙層式磁碟托盤──每一個磁碟槽，實際上，可以容納2臺2.5吋規格的SSD，讓HPE Nimble的4U機箱可以提供比標準機箱更高的容量密度。

舉例來說，HF系列混合陣列的4U機箱含有24個磁碟槽，其中21個是標準的3.5吋磁碟槽，可容納21臺3.5吋硬碟，剩下的3個磁碟槽則透過雙層托盤，容納6臺作為讀取快取的SSD。其中硬碟有1TB、2TB、4TB、6TB、10TB等5種容量，與11、21臺兩種數量選擇；至於讀取快取用SSD則有240GB、480GB、960GB、1.92TB與3.84TB等5種容量，以及2、3、6臺的數量選擇。

至於AF系列全快閃陣列的4U機箱，全部24個磁碟槽都採用雙層托盤，可以容納最多48臺2.5吋SSD，在SSD容量方面，有480GB、960GB、1.92TB與3.84TB等4種容量選擇，在數量方面，則有12臺與24臺等兩種組合。

無論HF還是AF系列，都可透過Scale-Up或Scale-Out方式來擴充容量。其中Scale-Up擴充，是透過控制器的12Gb SAS介面，串接同樣是4U/48Bay規格的擴充儲存櫃（Expansion Shelves）。其中的HF系列，全部機型都可串接最多6座擴充櫃，而另一個AF系列，則可串接1或2座全快閃擴充櫃。

至於Scale-Out擴充，則是透過Nimble OS將多臺HF或AF儲存陣列組成叢集，最多可連結4臺HF或AF儲存陣列，組成含有8組控制器，以及576臺SSD（AF系列）或660臺硬碟（HF系列）的儲存叢集環境。

單/雙層磁碟槽支援硬碟與SSD

AF全快閃儲存陣列的機箱則全部採用內含雙層托盤的3.5吋磁碟槽，外觀看起來只有24個3.5吋磁碟槽，但實際上可以容納最多48臺2.5吋SSD。

HPE Nimble HF與AF系列硬體解剖

沿續Nimble Storage時期的架構，HF系列與AF系列目前仍採用Active-Standby的雙控制器架構，與Pure Storage的FlashArray系列相同，皆為少數堅守這種傳統架構的儲存陣列產品。

就規格來看，Active-Standby架構顯然不如當前主流的Active-Active架構來的吸引人，限制了控制器的硬體資源利用率。

不過，就實務來說，這兩種架構的資源利用率差別並不會太大。對於較講求可用性的應用環境來說，為了確保任一控制器失效時，可順利將工作負載轉移到另一組控制器，即使系統提供Active-Active雙控制器架構，但通常還是會將每一組控制器的資源利用率，限制在50%以下，實際上的總資源利用率，並不比Active-Standby高出多少。

因此，Active-Active架構的高資源利用率優點，只有在不特別講求可用性的環境才能發揮。另一方面，Active-Standby組態雖然閒置了1組控制器的效能，不過，一旦發生Active控制器失效需要切換的情況時，可確保接手的Standby控制器有足夠的效能承接作業，不致出現效能衝擊，儘管作法較為保守，但更可靠，原廠宣稱的可用性等級達到99.9999%。

除了繼續堅守Active-Standby的雙控制器架構，HPE Nimble HF與AF系列另一特色在於同時支援Scale-Up，以及Scale-Out擴充架構，既可在控制器後端串接擴充儲存櫃，以增加儲存空間，也可堆疊多組控制器，構成一個擁有更高I/O效能的叢集環境。

預留SCM插槽

HPE Nimble產品線接下來的升級中，將會支援NVMe SSD與儲存級記憶體（Storage Class Memory，SCM），目前這一代機型的控制器，就已預留了安裝SCM模組的空間，透過SCM的超低存取延遲特性，可以幫助HPE Nimble的存取架構進一步提升效能。

熱抽換控制器模組

每組控制器機箱含有2組控制器，若透過Scale-Out擴充，則可將4座機箱的8組控制器組成叢集。

I/O埠配置

以我們借測的這款HF系列中的HF40為例，每組控制器都內建了2組GbE管理埠兼iSCSI埠（圖示1），與2組12Gb SAS擴充埠（圖示2），還有1組序列管理埠（圖示3），可以透過直連Cable，讓管理者直接登入文字命令列介面。控制器主機板提供3組PCIe插槽（圖示4），可供用戶安裝選構的10Gb網路卡，或8/16Gb FC介面卡，提供額外的iSCSI或FC埠。

電源供應器

2組具備熱備援、熱抽換功能的1050瓦電源供應器，為系統提供高可用性的供電能力。

控制器解剖

以HF40為例，每組控制器都是二路架構，含有2顆Skylake微架構的Xeon處理器，前端預留日後安裝SCM儲存級記憶體的插槽，後端則是透過Riser Board提供的3組PCIe插槽，用於安裝選購的I/O介面卡。控制器主機板上的8 條DIMM記憶體插槽中， 有1條是由電容模組直接供電的NVDIMM形式8GB NVRAM模組，作為CASL寫入機制的緩衝區。

NimbleOS系統軟體與管理功能

無論HF系列混合陣列，還是AF系列全快閃陣列，系統核心都是NimbleOS軟體。我們在2016年介紹時，NimbleOS還是3.4.1版，當Nimble於2017年3月併入HPE後，隨即推出4.0版，新增QoS管理、新管理介面與Volume擴展等功能。

接著在2017年底發布的Nimble 5.0，則擴展了對於VMware VVols架構的支援，並將原本只適用於全快閃機型的In-line重複資料刪除功能，擴展到混合陣列機型上，還改進了壓縮功能。目前最新版本是5.0.5版，針對存取延遲進行最佳化，並改善重複資料刪除與壓縮的效率。

兼具本地端與雲端雙重管理機制

如同先前的Nimble Storage產品，現在的HPE Nimble HF與AF系列的系統管理，也分為用戶本地端管理與InfoSight雲端管理兩個層級。本地端管理包括網頁GUI控制臺與文字命令列。

InfoSight則是源自Nimble Storage的雲端管理服務，併入HPE後，InfoSight功能區分有所調整，目前分為InfoSight Engine與InfoSight Portal等兩大功能。

InfoSight Engine可以將儲存系統的日誌資訊，以每5分鐘的頻率上傳到原廠的雲端管理中心，並可透過內含的分析、模式化與預測演算法，適時作出升級建議。

InfoSight Portal則提供了一個網頁控制臺介面，讓用戶可直接從雲端監控自身系統，原廠雲端管理中心還能透過Proactive Wellness功能，藉由收集、分析用戶系統狀態，自動向用戶發出警示。

完整資料服務功能

NimbleOS提供了幾乎所有主流資料服務功能，包括快照、Clone與遠端複製，Thin Provisioning、壓縮與重複資料刪除，以及軟體加密功能。而且這些功能都採用較新穎的技術架構，快照與Clone分別是是效率較佳的Redirect-on-Write與Zero Copy型式，重複資料刪除採用Inline的可變區塊長度架構，理論上有更好效果，壓縮也是Inline可變區塊型式。

InfoSight雲端管理平臺

源自Nimble Storage的InfoSight雲端管理平臺，是當前AI智慧化儲存管理平臺的先驅，結合了便於隨時隨地檢視的雲端控制臺介面，以及智慧化的監控與分析引擎，可自動向用戶發出警示或系統升級與調整建議。

儀表板式網頁控制臺

NimbleOS在去年初的4.0版升級中，提供了新的網頁控制臺介面，基本形式也是儀表板與功能工具列的結合，便於用戶迅速掌握系統狀態。

HPE Nimble的讀寫I/O加速技術

在Nimble仍主推混合儲存陣列時， 便宣稱混合陣列就能擁有全快閃等級效能。而當他們進入全快閃領域後，則宣稱無須使用NVMe，便擁有極低延遲效能。

而Nimble實現前述效能表現的關鍵， 便是快取加速循序布局（CASL）技術。

CASL架構的要點有兩個，首先，是透過NVRAM與SSD，承載前端主機的存取負載。寫入負載由NVRAM承擔，讀取負載則由SSD快取（HF混合陣列）或SSD 磁碟群組（AF全快閃陣列）承擔。也就是說，底層硬碟幾乎不會直接承載到前端主機的存取負載，前端主機得到的I/O存取回應，其實是NVRAM或SSD提供的， 因此混合陣列也能提供全快閃等級效能。

其次，是底層資料寫入的「循序化」， 將前端主機的隨機寫入I/O，累積成為連續、循序的資料區塊，再以Stripe寫入底層硬碟或SSD磁碟群組，不僅可提高效能、降低延遲，還能分散SSD寫入損耗。

現今，許多儲存陣列產品也都提供類似的NVRAM寫入與SSD快取加速功能，而Nimble的突出之處，在於採用更有效的讀取快取演算法，以及結合NVRAM、容量縮減技術與循序、Stripe的寫入機制。

在讀取I/O方面，原廠宣稱他們的快取演算法只需4%的快取容量比率，就能實現90%的快取命中率，而且快取資料抓取是從NVRAM到SSD，不經底層硬碟。

在寫入I/O方面，NVRAM提供具備斷電保護與高效能的寫入緩衝空間，結合壓縮與重複資料刪除，可減少實際寫入底層磁碟的資料量，而循序、Stripe的底層寫入架構，則能改善寫入效能，消除熱點。

產品資訊

HPE Nimble HF與AF系列

●建議售價：廠商未提供

●原廠：HPE(02)8722-9000

●機箱型式：控制器機箱4U,擴充磁碟櫃4U

●儲存容量：雙控組態21～1,260TB或Scale-Out組態5,040TB（HF混合陣列）,雙控組態6～1,106TB或Scale-Out組態4,423TB（AF全快閃陣列）

●RAID層級支援：Triple+Parity RAID

●主機端介面：8/16Gb FC,1/10Gb iSCSI

【註：規格與價格由廠商提供，因時有異動，正確資訊請洽廠商】