ABB 贝利SPBRC410

作者：2019/8/14 7:02:03

ABB 贝利SPBRC410

随着智能手机与平板电脑的热销，一个新的移动时代已经进入到我们的生活。与此同时，移动应用与服务的模式也正向云计算发展，即将大量的存储与运算工作交给远程的数据中心来完成，让移动终端既能随身携带又不会感到任何负担。

让云存储浮上台面的另一个驱动力，就是数字娱乐需求的兴起。越来越多的人喜欢通过网络看影片或是玩在线游戏，这些内容都相当庞大，也使得云存储的数据量与日俱增。预计到2016年，对存储容量的需求会激增60%。

除了个人应用，企业应用也具有同样的发展模式。这些用户都不希望局限于对数据进行个别存储，而是将数据存放在云端，同时还能满足备份、版本控制和数据加密等功能需求。然而，在将数据大举转移到云端之前，有一些问题还是必须先弄清楚，例如，建立云数据中心或使用云服务的成本高低、是否安全、容量大小、效能高低以及是否真的可靠等等。

就整体而言，不论对个人还是企业，用来存储数据的方式都增加了，除了传统的硬盘和光盘外，还有闪存和SSD可供选择；对于存储架构，则可选择DAS直接存储来提高存储性能，或采用SAN/NAS网络存储来获得更好的存储灵活性。随着选择的增加，大家开始有分级存储的概念，也就是将不同性质的内容放在不同的存储媒介中，以降低存储成本、提高安全性或者提升性能。数据分层的判断标准包括数据的安全等级、性能需求、读取速度要求、云环境和网络服务器应用等等。

本文将通过介绍PCIe、SATA及SAS三项技术的发展现状，发掘存储应用的未来趋势。

PCIExpress技术发展

PCIExpress(PCIe)继承了PCI计算机总线规范，可以通过串行通信系统为计算机内部总线提供更高的传输速率。经过多年发展，目前已经几乎取代了原有的AGP和PCI总线技术，特别是在绘图卡的连接方面。不过，如今的2.0版本已不够用，而且很快也将进入更高速的PCIe3.0版本时代。

比较PCIe三代技术的演进，可以看到传输速率每代都会翻一倍，每通道带宽从250MB/s增加到500MB/s，到3.0版本已达到约1GB/s的高速带宽。目前存储主机总线适配器(HBA)和RAID控制卡大都使用PCIex8链路，因此，进入到3.0时代，传输带宽将达到约8GB/s。

在技术的演进发展方面，PCIe3.0的最大改变在于编码方式。在物理层，PCIe1.x及2.x采用常见的8B/10B编码方式来确保连续的1和0字符串长度符合标准。这样能够保证接收端不会误读，不过，此方案会占用20%的总带宽。到了PCIe3.0，采用128B/130B编码方式则仅占用1.538%的总带宽，这便能够有效提升实际可用带宽。

但在同时，这种改变也带来了设计上的挑战。开发商必须确保自己的产品能够向下兼容，并且还能与其他产品互连互通。不过，大家仍在等待Intel公司CPU及芯片组的正式支持，才能真正打开这个市场，并进行兼容性的实际测试。

SATA技术发展

取代PATA的SATA(串行ATA)总线，其主要功能在于实现主板和大量存储装置(如硬盘和光驱)之间的数据传输。除了传输速率获得提升以外，SATA的优势还包括支持热插拔，以及使用嵌入式频率信号，具备比以往更强的纠错能力，而能够对传输指令(不仅是数据)进行检查，并且，如果发现错误则会自动矫正，从而提高了数据传输的可靠性。

SATA称其封包为帧，并称帧的内容为帧信息结构(FIS)，其采用封包式I/O的好处是编码及译码均采用硬件运算，因此速度非常快；此外，包括指令、数据以及状态信息等都通过相同路径进行传送，从而使稳定性大为提升。在SATA的串行引擎中有三个处理层次，分别是传输层、链路层和物理层。这三层分工合作，能够实现高速传输。

SATA至今已有3个发布版本，在传输速率上从150MB/s提升到2.0版的300MB/s，以及最新3.0版的600MB/s，它们编码上均采用8b/10b方式。虽然SATA的传输速率大幅提升，但事实上由于硬盘本身限制，通常只能达到120MB/s。因此，3.0版本对于SSD固态硬盘的应用更有意义，它能达到400MB/s以上的传输速率，可让SSD充分发挥存取性能。

SAS技术发展

SAS(串行连接SCSI)支持SCSI命令传输，因此兼容SCSI-3架构；此外，其也可以说是SATA的孪生兄弟，二者的扁平电缆相互兼容，SATA硬盘可连接SAS接口。不过，相对于SATA一对一的架构，SAS允许多个端口集中在单个控制器上，既可以将其内建于主板当中，也可以另外添加。该技术建立在强大的并行SCSI通信技术基础上，这种扩展性更适合企业数据存储使用。

SAS的传输协议可分为三种：用于传输SCSI命令的序列SCSI协议(SSP)、用于传输SATA资料的SATA通道协议(STP)以及用于对SAS设备进行维护和管理的SCSI管理协议(SMP)(图1)。在SAS的拓扑由发起器(Initiator)、目标设备和扩展器共同组成，其中发起器通常是服务器或HBA卡，目标设备可能是硬盘，扩展器则是SAS交换机。

如何用SAS构建高性能存储

从发起器到目标设备的路径可能经过多个扩展器，也就是需要经过多个连接器与线路的实体链接。在SAS架构中的端口可包含一个或多个PHY接口，每个端口包含一个独一无二的64位地址。含多个PHY的端口称为宽端口(wideport)，只含一个PHY的则为窄端口(narrowport)。

第一代SAS支持150MB/s及300MB/s的传输速度，WidePort(x4)的总带宽可达1.2GB/s，第二代则倍增为600MB/s及2.4GB/s，新一代SAS3.0的带宽则会进一步翻倍。由于SAS具备全双工能力，因此上述的传输速度可以加倍；此外，多个SAS链路可以一起使用，也就是可以将带宽相加(带宽聚合)，因此，四个6Gb/s并用后带宽可以大于48Gb/s(96Gb/s全双工)。

SAS由ANSIT-10技术委员会开发及维护，该委员会致力于推动SAS和SATA的兼容性，以及开发更高速技术和推动其他功能的发展。此标准与PCI-SIG密切结合，有许多公司同时参与两个标准的制定工作。SAS-1在2005年推出后，成功取代了旧的pSCSI技术，此后持续进步，在2009年推出的SAS-2改进了RAS技术，也提供了更高的可靠性；今年又推出了SAS-2.1，能提供更强大的连接性能。

展望未来，新一代的SAS-3已在积极制定之中，并将向12Gb/s迈进。SAS-3的出现将进一步发挥SSD的性能，并通过HBA同时连结8个SSD，让工作效率得到进一步提升。同样，SAS-3也能让HDD硬盘具有更高的运行表现，可以通过HBA加上一个扩展器的方法实现高达24块硬盘的连接性能；若采用两个扩展器，性能还可以加倍。

SAS应用契机

在企业HDD硬盘存储应用上，SAS已成为替代光纤的重要选择。它能够提供全天候的存储应用，并通过两块HDD来提高传输速率和实现故障恢复(fail-over)功能，因此，可将其作为服务器DAS或后端存储系统使用。利用SAS扩展器及开关可以实现相当高的扩展性，同时具备高可用性和高带宽，以及易于设定和管理等优势。对于机架及刀片服务器或外部存储应用来说都是很好的选择方案(图2)。

如何用SAS构建高性能存储

这种交换式SAS具有众多优势，与10GbeiSCSI或8GbFC相比，6Gb/sSASx4能将延迟大幅缩减逾20倍及将每条连接带宽提升3倍，每个交换端口的功耗则可以降低9倍。以刀片服务器的外部存储应用为例，交换式SAS架构的优势包括：能提供集中式管理，多个服务器对单个或多个存储磁盘簇(JBOD)，更强的扩展性能，与操作系统无关，可采用DAS或分享存储架构，以及支持基于端口的分区和驱动器槽分区等。

在标准高容量服务器的SAS应用中，内部存储可以通过扩展器来扩充，并且能够提供稳定的6Gb/sSAS性能，可扩展的I/O性能，高可靠性和良好的冗余性。此外，通过点对点序列技术，接线方式变得更加简单，而且SATA、SAS和SSD可以兼容地构建在一起。

对于数据库、数据挖掘或HPC等不同的存储应用来说，分层式的存储架构是主流设计趋势(图3)。在强调高性能的关键性应用中，可以采用SSD来提供最高I/O传输速率；对于强调性能但非关键性的任务来说，则可采用SASHDD作为次一级的层次；对于纯数据存储来说，则可采用高容量的SATAHDD方案。

如何用SAS构建高性能存储

本文小结

依据不同的需求配置最佳的存储架构已成为一门专业的学问。总的来说，SAS能够提供更理想的服务器存储架构，可将更多服务器进行集中管理，并且还能分享存储内容。不论是服务器或存储应用，都可以采用机架或刀片式方案。在性能上，SAS有助于提高可用性及全备援性能。下一代的传输带宽将会倍增，而点对点连接则可满足SSD对高速传输的需求。随着未来不断演进发展，SAS开关方案将会用于各种新的应用领域，而新的协议将会支持可扩展的硬件RAID应用。

KS20L 1400 1L SA S13

DNC-125-450-PPV-A 163496

Binzel ABIROB A360 45 Id.Nr.: 980.1051

TM55PCT2

Spal Spiralgeblse 008-A45-02 / Dreiha 008.501-33.A / 12V

SH80-2A

RS485

P03 GS 13-1

FPB-5-1/4 526985

ADNH-25-10-A-P-A-3N-30K8

Moeller EASY 619-DC-RC

Festo DFM-16-50-P-A-GF 170837

EASY819-AC-RC

ZDR10DP2-53/75YM

ADVU-125-120-P-A 175759 W508

CSS-1300-113

DRP-480S-24

GD18-S/GV18-S/115

SIEMENS 6ES7 407-0KA01-0AA0

SIEMENS 4AM5742-5AT10-0FA0

Crouzet 828900 XA005711 EZA30/1

Siemens 6ES7 952-1AL00-0AA0

DESTACO 82L40-103C800 8PW-016-1

DESTACO 82L40-143B8H0 8PW-044-1

FF20GA115UE

SS402E-3Z-D3

Schleicher MCS 20-11

BOS007R 12M-PS-1N1I-S4-C

CKD LCS-16-75-T0H-D-S5D

CKD LCS-16-75-T0H-D-S6D

IVO NE216.023AX01

RL28-55/47/74

JUMO 4AP-30-020/024/091

SSN31-1GHCR-056C31

AHP Merkle BZ 500.25/16.01-201.075

HSZ10A175-3X/M00 R900536424

Allen Bradley OSAI OS 5241

Siemens 3RT1446-1BB40

Hengstler 0 565 847 AC58

Siemens 6EP1935-6ME21

Festo CPV-14-VI 20960

Festo DNC - 63 - 100 - PPV - A 163405 B708

MITSUBISHI Q31 2B-E

YO11PA3

Siemens 6ES7 407-0KA01-0AA0

GRUNDFOS MGE / MLE 90 -132

ifm SF6201

ifm SF5201

SIEMENS 6FX1132-0BA01

FANUC A860-0050-T021

Euchner EGT1-6000

4AI / 4AO +/- 10V

P03 GS 12-1

CKD LCS-16-50-T0H3-D-S6D

ATDC90S-8

Siemens 3NJ6110-3E

U1381

Siemens 6ES5 095-8MA03

DEHN Dehnguard DG M TT 275 FM 952 315

DESTACO 82L25-143B8H0

Festo DNC-80-125-PPV 163452

Siemens S5 CPU 115U 6ES5 942-7UA12

Schleicher RIO 16 I R5.364.0010.0

Schleicher RIO 16 I 364 157 57

Tyco Electronics 3-1437357-5 Flachbandkabel 171-26G100M=26P

KI5038

CKD LCS-16-50-T0H3-D-S5D

Knoll Art:Nr: 240955,

RL23-8-H-1000-IR/47/74a

KUKA Art Nr. 00 103 782

Siemens 6FC3478-3EF

XPSAK311144

SMC EX122-SA22 SS5Y3-45ST2-06U-C4 V101676

SIEMENS 6ED1 052-1FB00-0BA5

DR6DP2-52/150YM

ZDR 6 DP1-40/150YM

HO08PA3

KEYENCE LV-11SBP

KEYENCE LV-11SB

Euchner EGT1 D7022

Siemens 6ES7405-0KA01-0AA0

KEYENCE PX-10CP

Siemens 3RV1041-4MA10

Siemens SITOP SMART 10A 6EP1 334-2AA01

Siemens 5SX2 306-7

Siemens 3RK1100-1CQ20-0AA3

1SVR427035R0000

Siemens 6ES5 6ES5 330-8MA11

ifm efector SR0151

SIEMENS 6FX1120-3BA01

SIEMENS Simatic S5 6ES5312-5AA12

NJ 318.EAP.C5

SIEMENS 6FX1112-0AB0

EMD-FL-C-10

EAE ELEKTRIK KOP 0651 - D

Trafo BV:8/2-525-39-2

SIEMENS 3RK1105-1AE04-0CA0

Festo KMP4-25P-10-PUR 193019

KOBOLD S-2,5R/MS 1/2

Omron E2K-X8MF1 C

Schmalz SBS 40 M5-IG

Festo STA-32-20-P-A-SA 187324

MSM206-402

2IK6GN-SW

Festo DZF-50-80-A-P-A 164071

Di-soric OLV 40 P3K-IBS

SIEMENS 6ES7313-1AD03-0AB0

CIMR-J7AA20P1

OMRON CJ1W-OD231

OMRON CJ1W-CLK21-V1

OMRON S8PS-30024CD

13/7b/43

Siemens 1LA7070-4AB12

SMC ZM103H-B5G-E14L-Q

SMC EIT209-F003B

SS201-3Z-D3

STAR /REXROTH 1651-724-10

ipf IN340127

SMC MY1M16G-500

SMC MY1M16G-400

SMC CP95SDB32-500

mks AX340 1200

KUKA INZE34/2 - 390-00122-0

Ferrocontrol FBK- 3

Siemens 6ES7 407-0KA01-0AA0

Hirschmann MS 2108-2

PUNKER Art.No.: 285 1025 078

KEYENCE OP-51644 SJ-M030G/M070G/SJ-G

Tyan S5112G2NR

Festo DRQD-16-180-PPVJ-A-AR-FW-TXT 175801 P541

XY2CH13270

MINI-PS-100-240AC/24DC/2

SKF 61818 - 2RS1

U1389

Phoenix 2754367 + 2754985 + 2754943

Siemens C73451-A3000-C10 7NG1002-1AA11

VBF RUSSIA 6306ZZP6Q6

Siemens 3TF5022-0AN2 3UA60-00-3H

EAE 0502.BTEC1-1

mayr 3/802.410.SO

FMC 420 917079-0500

Yaskawa JZSP-CSP21-15

TPC AMRGH16-450

Horn 312.0415.00 TF46

ESD5500E

Siemens 134-4GB01-0AB0

SGS-M36X2

VBA-2E-G4-U

160616-M5 TP200 - SECO 544-M5 TP200

Hydac 0240 D 020 BH4HC

LFKE5201

LSAFT-A-30-DD 1083 630 20 MNR: R108363020

Festo DNC-80-250-PPV-A-KP 163430

AHP Merkle BSE250.25/16.12.3.201.100 ART090662

Parker C025CA12001299N10

PARKER ERMETO AV06/42

Festo CLR-40-20-R-P-A

Parker C032CA13009914N10

REXROTH MNR 0821301515

W. Blase 50-260280

6FX1126-4AA00

Allen Bradley A-B 8600

Siemens 6FX1131-3BA02

Siemens 6ES5 944-7UA22

ZIP-75-124

SMC MGPM80TF-25

Siemens 5703549001.00

Siemens 5705159001.00

SIEMENS 6ES7 407-0DA01-0AA0

Siemens 6ES7810-2DA00-0YX0

Siemens 6ES7810-2DA00

HYDAC EDS 410-250-1-016 907778

Siemens 6ES5 450-8MB11

Siemens 3RV1041-4MA10

Siemens 6ES7 321-1BL00-0AA0 E-5

GOEMA 107 331-4MA20

6ES5444-5AA11

FANUC A03B-0801-C113

SIEMENS 6ES5181-3AA11

Trafo Typ: KD 690-045.20

Schleicher RIO 8I/0 + 16 0

Bussmann LPS-RK-300SP

Siemens 3TC4417-0BM0

KEYENCE FU-35TG

SS101-3Z-D3

CKD LCS-25-10-S5D

Schmalz SCP10...15NOASRE/RD 10.02.02.01288

SIEMENS 6AV6671-5AE00-0AX0

BALLUFF BCS 012-PSB-1-L-S4

OMRON CJ1W-OD261

OMRON CJ1W-SRM21

OMRON CJ1W-ID231

SIEMENS GE.647013.0410.11A

SIEMENS 6RB2000-0AA00 / 447 700 9000 00

TWDLMDA20DTK

SMC ZM101H-B5G-Q

SMC ZM103H-B5G-E14L-Q + ZSE1-00-14L

Festo CPV-18-VI 18220

Bosch 822 022 027

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