【儲存輔助運算架構產品巡禮2】附加模組型式的輔助處理器產品

由於較低的導入成本與技術門檻，附加模組型式的輔助處理器架構，是當前最普及的一種儲存設備加速硬體部署方式，首先被應用於高階儲存陣列產品，在中階儲存陣列與超融合系統領域，也有引進硬體加速附加模組的例子。

除了儲存廠商發展的硬體加速模組外，近2、3年來，在網路巨頭與新創廠商的推動下，又誕生了SmartNIC、資料處理器（DPU）與儲存處理器（SPU）等嶄新的儲存加速硬體產品。

高階儲存陣列上的硬體加速模組

早在2000年代中期，當時的儲存龍頭EMC，便為旗下Symmetrix DMX高階儲存陣列，提供了內含於乙太網路模組上的壓縮晶片，主要目的是用來減少網路傳輸頻寬需求，例如幫助減少SRDF遠端複製功能的傳輸頻寬，當資料傳送到網路之前，先透過壓縮晶片壓縮資料，待船送到遠端、寫入儲存區時，再解開為原始狀態。

後來Symmetrix DMX於2009年為新一代的VMAX系列取代，VMAX同樣擁有用於搭配SRDF遠端複製功能的前端I/O模組單元，後來也導入了功能更廣泛的硬體加速單元。在2016年中，此時剛與Dell合併不久後的Dell EMC，發表了VMAX的全快閃機型VMAX All Flash，同時也推出新的硬體加速模組。引進了用於提供Inline壓縮功能的硬體介面卡，稱做Compression I/O模組，可幫助縮減寫入儲存區的資料量，用途比Symmetrix DMX上的壓縮晶片廣泛許多。

接下來，Dell EMC在2018年推出的最新一代PowerMax高階儲存系列，又引進了新的資料縮減模組介面卡——Data Reduction I/O模組，不僅提供了壓縮功能，也兼具重複資料刪除功能，既可顯著減少寫入儲存區的資料量，同時也卸載了控制器的資料刪減運算負擔。

除了Dell EMC外，另一家一線大廠Hitachi Vantara，也在高階儲存陣列產品引進了專屬加速硬體，如2016年推出的上一代的旗艦機型VSP F1500/G1500，便透過ASIC晶片，來處理包括大型主機I/O處理與控制器互連傳輸在內的許多工作負載。

在2020年初推出的新旗艦機型VSP 5000上，Hitachi Vantara對核心架構做了調整，改以SVOS儲存作業系統軟體功能，取代過去的ASIC晶片，來處理大型主機相關的I/O處理作業，但也另外導入內含FPGA晶片的FAM模組（Fabric Accelerated Module），來作為控制器內部互連網路的中介，卸載控制器互連的I/O處理負擔。

在沒有FAM模組時，面對跨控制器之間的資料傳輸時，目標端控制器的處理器，除了必須處理來源端處理器發出的資料傳輸指令要求，同時，也必須處理資料傳輸作業，從而耗費許多處理器週期。而在有了FAM模組後，改由FAM模組來處理資料傳輸指令，並直接存取控制器記憶體，然後回覆給來源端控制器，藉此卸除目標端控制器相關處理負擔，Hitachi Vantara宣稱，藉此可為VSP 5000提供多達46%的IOPS效能提升。

中階儲存與超融合系統的硬體加速模組應用

隨著加速硬體晶片成本的降低，現在除了高階儲存陣列之外，也有其他儲存產品引進了硬體加速模組。

例如在中階儲存陣列方面，NetApp在2019年底發表的AFF A400，便是中階儲存陣列採用硬體加速模組的例子。AFF A400的控制器預載了1張基於ASIC的卸載引擎卡（offload engine card），這張卡含有2個100GbE埠，用於A400雙控制器之間的互連，還提供了用於壓縮、解壓縮，以及重複資料刪除特徵值運算比對等硬體運算功能，可為處理器卸載這些運算負擔。

另外，在超融合系統領域，目前屬於HPE旗下的超融合系統品牌SimpliVity，也是一個應用硬體加速模組的著名案例。相較於其他超融合平臺如Nutanix AOS與VMware vSAN，都是純粹的軟體定義儲存架構，完全依靠超融合伺服器的通用處理器，來承載所有運算工作。而SimpliVity的OmniStack儲存平臺則可搭配專屬的OAC（OmniStack Accelerator Card）加速卡，來幫助卸載壓縮與重複資料刪除運算。

OAC加速卡的核心，是一顆Xilinx Zynq FPGA SHA-1與壓縮引擎晶片， OmniStack平臺會把資料讀到OAC卡上，由OAC卡執行壓縮與重複資料刪除運算。