华为存储华为存储全闪存的“核芯”力量

毫无疑问，我们正在高速进入以数据为中心的智能管理时代。无论是私人的个性化新闻阅读体验，还是企业从设计到生产物流的精准控制，智能数据管理、调度、挖掘、分析帮助我们根据用户需求提供定制服务，提升用户体验；精细控制各个环节，节约管理成本；重新定义商业模式，开拓新的商机。

全闪存作为企业智能转型的利器，具有高性能的内在优势，为加速关键业务带来新的动力。华为OceanStor Dorado通过芯片、网络、管理的垂直整合，从前端多协同智能协商处理芯片、SSD智能控制芯片、智能设备管理芯片构建了端到端的芯片平台，为全闪存存储带来了创新的加速方案，将业务性能提升3倍，最大限度的利用资源，最终为客户提供性能更强的产品。

固态硬盘智能控制芯片

加快固态硬盘数据的读写速度

固态硬盘作为闪存的核心部件和数据载体，其性能和稳定性对全闪存系统的性能起着至关重要的作用。与CPU、内存等电器元件不同，SSD磁盘的设计一般不依赖内存控制器，具有一定的独立性。它主要由控制单元(包括固态硬盘控制器和动态随机存取存储器)和与非门闪存单元组成。控制单元负责数据读写，FTL(Flash Translation Layer)用于保存用户的LBA与SSD磁盘中物理页面的映射关系。当存储控制器将数据读入固态硬盘时，它会带来一个LBA地址，通过存储在固态硬盘闪存中的控制软件找到与LBA地址对应的物理地址，然后从闪存中读取相应的数据并将其返回给主机。写入数据时，请在软件完成写入后更新FTL映射表。可见，FTL是整个SSD的核心，决定了SSD数据读写的响应速度。

为了达到极致的闪存速度，华为创新性地采用SSD控制器芯片，加速SSD磁盘中的数据读写。它将FTL算法从SSD内部的控制软件层封装到SSD控制芯片中，所有读写FTL的操作都由芯片完成，减少了软件交互的次数，有效降低了IO响应的延迟。比如在windows 95时代，启动电脑需要加载一长串复杂代码，等待2-3分钟才进入开机界面；window2010时代，电脑内置更强的CPU承担了加载代码的任务，我们不用花很长时间等待，可以瞬间进入开机界面。据华为性能&据兼容性实验室实际测量，华为SSD在低负载场景下的读取延迟低至80μs，仅为业内同类SSD的60%，性能比其好友高出近2倍。

然而，这就够了吗？答案显然不是这样！凭借创新的芯片，华为率先使用FlashLink技术从SSD控制器芯片、SSD磁盘、NVMe架构和专为闪存设计的存储操作系统进行端到端加速，确保启用重复数据消除、压缩和快照等增值功能后稳定延迟0.5毫秒，有效避免高峰时段的业务瓶颈，实现3倍的业务加速。

特别是，基于闪存设计的存储操作系统开发了一种创新的磁盘控制协调算法。众所周知，垃圾回收是影响SSD磁盘性能的主要因素。如何有效控制垃圾回收成为发挥SSD磁盘和闪存性能的关键。华为OceanStor Dorado全闪存基于自主研发的SSD和闪存操作系统。通过内部软件算法优化，存储控制器可以实时了解SSD磁盘中的数据布局并做出相应调整，使存储控制器中的数据布局与SSD磁盘中的数据布局一致，控制器中的数据按照SSD磁盘中要求的格式写入SSD磁盘，有效避免了数据落入SSD磁盘后的重定位和垃圾收集，保证了闪存系统的稳定高性能。这是磁盘控制协调算法的核心。具体实现技术采用块顺序写入、元数据独立分区、端到端I/O优先级调整等手段，将在后面的问题中详细介绍。

基于SSD智能控制芯片和FlashLink技术，华为快速稳定的全闪存OceanStor Dorado将加速从SSD磁盘传输到存储控制器，实现了0.5 ms的稳定延迟。

智能多协议接口芯片

加快前端网络端口数据读写速度

前端卡是存储的重要组成部分，应用程序数据通过它从服务器传输到存储阵列。目前业界可见的前端卡有8G/16G/32FC、1/10/25/40/100 GE、10G FCoE等。每个前端卡只能支持一个协议，不能灵活转换，无疑是浪费！为了更高效地使用前端卡，华为创新性地采用了多协议接口芯片，集成了GE/10GE/FC/FCoE多协议接口，客户可以将ip和FC协议携带的数据集成到同一个接口芯片中。在10GE或8/16G FC组网下，只需更换光模块组件，无需换卡，支持任何协议转换，大大增加了网络灵活性，降低了用户数据中心的网络建设和维护成本。

更重要的是，智能多协议接口芯片内部的硬件逻辑模块实现了校验和、FC等协议栈的功能，使其处理流程、逻辑和功能完全被以前依靠CPU软件的实现方式所取代，满足了存储服务高并发IO吞吐量和低延迟响应的业务需求。一般来说，智能多协议接口芯片卸载的功能是转移任务(校验和、FC等)。)那种曾经需要CPU在TCP/IP网络中发挥作用的芯片，从而提供更高性能的网络处理性能，释放x86CPU处理器资源，加速网络访问和数据交换，提高存储设备的整体性能。根据华为的性能评测，华为快速稳定的全闪存OceanStor Dorado拥有相同的前端卡(16G FC)和相同的测试模型(7:3数据读写，8K I/O块大小)，性能比其好友高3倍。

最后，我们来看看FCoE，它既保留了FC功能，又保留了基于以太网的传输，从而保护了基于FC协议的软硬件投资。智能多协议接口芯片集成了以太网卡和FC网络HBA卡的功能，通过一个接口实现了两种网络IO的集成，减少了额外的线缆和交换机数据，简化了网络管理；另一方面，传统的通过主机CPU卸载FCoE协议的方式消耗了大量的CPU资源，导致主机CPU无法同时解析其他网络协议，无法满足高性能网络的要求。华为快速稳定的全闪存OceanStor Dorado采用智能多协议接口芯片实现FCoE协议卸载解析功能，降低主机CPU负载，提高网络整体性能和服务器可用性。

设备智能管理芯片

加速故障管理/修复

IT设备在运行过程中难免会遇到各种故障。如何快速识别故障并从中恢复，是检验IT设备稳定性的核心指标。设备智能管理芯片是华为快速稳定的全闪存OceanStor Dorado的管理心脏，采用两个内置的故障诊断和故障预警专家库，提高故障诊断的准确性。快速诊断是快速康复的前提。设备智能管理芯片每秒的管理计算能力可以达到2000DMIPS，比同类朋友强5倍。控制器故障、前端接口卡故障、管理板故障等场景下。，它可以在几秒钟内进行故障转移，不会丢失数据，不会中断业务，也不会影响用户。

在智能节能方面，设备智能管理芯片表现良好。它对各个模块的健康、功耗、温度等参数进行精细监控，采用静态功耗控制和动态功耗控制相结合的技术。一方面主动调节系统散热，降低芯片温度，从而控制芯片静态功耗；另一方面，采用嵌入式DEMT动态能量管理技术，芯片可以通过监控和分析系统的应用状态，识别并关闭空空闲模块的时钟和工作电压，从而降低芯片的动态功耗。根据实际测量，在CPU负载不变的情况下，整机能效比可提高16%，从而有效节约能耗。

无论是在人工智能、大数据、自主驾驶和区块链等先进领域，还是在传统的医疗、制造和金融行业，芯片的核心技术创新已经成为企业的主要驱动力。华为存储在自主开发芯片的研发方面进行了持续的投资和技术创新，帮助企业应对数字洪流的挑战，快速推进数字转型。SSD智能控制芯片以媒体为核心，优化媒体特性，充分发挥媒体优势，提升用户体验；多协议智能处理芯片简化组网，降低管理成本，卸载网络协议加速数据读写；智能设备管理芯片帮助用户快速定位故障，实现二级故障转移，在节能方面表现出色，帮助IT租赁用户节约成本，开辟新的商机。

通过技术创新和软硬件芯片的垂直优化，华为存储致力于消除CPU、媒体和网络发展不平衡带来的差距，提供更快、更好、更经济的产品和解决方案，与客户一起取得商业成功。