Flash快取記憶體的4種部署型態

從快取記憶體的部署位置，Flash記憶體快取應用可分為伺服器端與儲存控制器端兩種型態，而從Flash記憶體儲存裝置採用的傳輸介面來看，又可分為採用SAS/SATA介面的SSD型式，以及採用PCIe介面的SSD介面卡型式兩類，所以一共會有以下4種可能的組合：

1.伺服器端+PCIe SSD卡

2.伺服器端+SAS/SATA SSD

3.儲存端+ PCIe SSD卡

4.儲存端+ SAS/SATA SSD

伺服器端vs.儲存端

所謂的伺服器端部署，也就是把Flash記憶體儲存裝置安裝在前端伺服器上，充當伺服器的第二層快取。

採用伺服器端部署的優點，在於距離主機處理器近，存取作業經過的環節少，因而存取延遲也較少，有助於提高I/O效能。

缺點則是除非採用複雜的分散式一致性快取技術，否則安裝在特定前端伺服器上的Flash記憶體快取裝置，只能為該伺服器所使用，Flash快取記憶體資源無法共享。

而且伺服器端部署還會面臨作業平臺相容性問題，Flash記憶體裝置與快取軟體都必須相容於伺服器作業系統，才能在前端伺服器上運用。

至於儲存端部署，則是將Flash記憶體儲存裝置安裝在外接式儲存設備上，充當儲存控制器的第二層快取空間，又可分為兩種類型：（1）直接將Flash記憶體裝置，透過PCIe插槽直接安裝在儲存設備控制器內；（2）將Flash記憶體裝置安裝在儲存設備控制器後端、以SAS/SATA介面介接的磁碟櫃內。

相較於伺服器端部署，儲存端部署與主機處理器的距離較遠，還須經過SAN或NAS等儲存網路的介接，存取作業需經過的環節更多，延遲也更長。

不過在儲存網路架構下，一臺儲存設備上的快取記憶體，能透過儲存設備控制器同時為多臺前端伺服器提供存取加速，Flash快取記憶體資源可共享給多臺前端伺服器使用。

而且儲存端部署與前端伺服器的作業平臺類型無關，無論前端伺服器是採用哪種作業系統，位於後端的Flash快取記憶體裝置，都能透過儲存設備控制器，提供I/O加速服務。

SAS/SATA SSD vs. PCIe SSD卡

採用SAS/SATA介面的SSD來作為輔助用快取記憶體，優點在於產品選擇較多、安裝部署方便，且成本相對也較低，不過SAS/SATA介面的傳輸頻寬有限，限制了Flash記憶體性能的發揮。

而且無論是安裝在前端伺服器、或安裝在外接儲存設備內，SAS/SATA裝置與處理器間的距離也較遠——SATA裝置須先後經由南橋與北橋晶片的介接，才能連接到處理器，SAS裝置還須透過SAS控制器的介接，因而存取延遲也較大。

至於採用PCIe介面的SSD卡，則有效能上的優點。

PCIe能提供遠超過任何儲存傳輸介面的高頻寬，以當前最普遍的PCIe 2.0規格為例，傳輸率可達5GT/s，單通道資料傳輸率達到500MB/s，×4、×8與×16規格的PCIe 2.0物理層頻寬，分別可達到20Gb/s、40Gb/s與80Gb/s，最新的PCIe 3.0規格又把物理層傳輸頻寬往上提高了60%。

相較下，SAS與SATA 介面目前可用的物理層傳輸頻寬最大分別只有12Gb/s與6Gb/s，與PCIe頻寬相差數倍之多。

其次，無論是安裝在前端伺服器或儲存設備控制器上，PCIe SSD卡都擁有「位置優勢」——PCIe匯流排是透過北橋晶片連接處理器，甚至是直接連接處理器（某些新處理器已整合了記憶體控制器與PCIe控制器，省略了北橋晶片的配置），與伺服器中央處理器或儲存設備控制器處理器「靠得更近」，可減少傳輸通道經過的環節，有助於減少存取延遲。

缺點則是PCIe SSD卡的成本，要比SAS/SATA SSD昂貴許多，而且產品選擇也相對較少。

不同組成架構的特性

不同的Flash記憶體裝置部署位置與傳輸介面選擇，各有利弊，因此不同的Flash記憶體裝置部署位置，與傳輸介面組成，也具有不同的特性。

伺服器端+PCIe SSD卡的組合：

擁有最佳的性能，延遲最少，傳輸頻寬最大，不過價格也最昂貴，而且PCIe SSD卡構成的快取記憶體空間只能為該伺服器使用。這種架構適合效能取向、只有特定少數幾臺伺服器需要快取加速的用戶，大多數的Flash記憶體快取解決方案都能支援這種架構，選擇相當多。

伺服器端+SAS/SATA SSD的組合：

效能不及伺服器端+PCIe SSD卡，不過存取延遲較任何外接式儲存端架構都更少，而且安裝建置最為簡便，適合只有少數特定伺服器需要快取加速、但又無法負擔PCIe SSD卡高昂價格的用戶。支援這種架構的快取解決方案也不少，除了企業級類型的STEC EnhanceIO、NetApp Flash Accel等產品之外，還有許多主打個人端應用的SSD快取解決方案都屬於這種架構，如眾多基於Nevlo DataPlex與Condusiv ExpressCache快取軟體的SSD快取產品。

儲存端+ PCIe SSD卡的組合：

將PCIe SSD卡安裝在儲存控制器內的PCIe插槽上，充當輔助快取記憶體，雖然存取延遲比伺服器端更長，不過可同時對多臺前端伺服器提供存取加速效果，快取記憶體資源可共享，適合有多臺伺服器需要快取加速、又負擔得起PCIe SSD卡成本的用戶。支援這類應用架構的解決方案較少，只有NetApp的FlashCache等少數產品。

儲存端+ SAS/SATA SSD的組合：

將儲存設備後端、以SAS/SATA介面連接的SSD磁碟空間充當輔助的快取記憶體，就性能來說是4種組合中最低的一種，但與儲存端+ PCIe SSD卡的組合同樣，具有快取記憶體資源可共享、能同時為多臺前端伺服器提供存取加速的特性，成本也相對較低，適合有多臺伺服器需要快取加速、但預算較為有限的用戶。

支援這種應用架構的快取解決方案有EMC的FastCache，FalconStor NSS VS系列的HotZone與SafeCache，另外以ZFS檔案系統為基礎的儲存設備，也能利用ZFS內含的L2ARC功能，提供這種Flash快取架構。

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