SATA/SAS接口的SSD已经面世十几年了，目前已普遍应用于个人消费领域，但其性能仍无法充分满足企业用户对高吞吐、低延时的要求，数年前世界上第一块PCIe接口SSD问世，以其惊人的读写吞吐能力、超低延时迅速获得企业用户的青睐。互联网行业是PCIe SSD的最初拥趸，经过多年的实践已经验证PCIe SSD的稳定性完全可以胜任企业的24x7工作模式，目前PCIe SSD应用正迅速从互联网行业延伸至传统行业，甚至进入对安全稳定性要求苛刻的金融行业，可以预期在不久的将来，PCIe SSD很有可能成为服务器存储的标准配置。

一.PCIe SSD 基本原理

下图为宝存科技PCIe SSD硬件逻辑结构：

PCIe SSD存储颗粒使用NAND Flash（以下简称Flash），生活中我们无时无刻不在使用Flash，例如手机的存储、SD卡、平板电脑、U盘等都是基于Flash设计的存储，相较于这些低速设备，PCIe SSD将数十甚至数百片Flash组成可并行操作的阵列以提高读写吞吐能力、降低延时。下图为一典型的闪存颗粒逻辑结构：

Flash由块（block）组成、块由页（page）组成、页存数据，Flash具有如下特性：

- Flash出厂时就会存在不能使用的坏块，使用过程中会动态增加坏块；

- 读写Flash必须以page为单位；

- 不可覆盖写入数据，必须擦除后才可再次写入，擦除以block为单位；

- block擦除次数有限制，MLC Flash一般在3000至10000次；

- 写入数据存在bit翻转，必须采用ECC加以纠正。

用户自不必关心这些问题，PCIe SSD软件算法屏蔽了这些特点，使用户看到的就是一块通用的存储设备，原来怎么使用硬盘的就怎样使用SSD，换句说可以直接替换掉原来的硬盘，不会存在兼容性问题。这个软件算法有个专有名词叫做Flash Translation Layer（FTL），这也是PCIe SSD的核心价值所在。Flash的这些特性带来一些对开发者和用户都比较有意义的概念：

- Over Provision（OP）：开发者必须保留一部分容量以实现FTL算法，保留容量除以物理容量即是OP值，例如一块按照1GB=1024*1024*1024B计算的3.2T的SSD，板载Flash物理容量是4T，那么OP等于(4-3.2)/4即20%，但是根据IDEMA（国际磁盘设备制造商协会）的规范，存储设备的容量是按照大约1GB=1000*1000*1000B来计算的，所以一块标称3.2T的SSD卡OP大概在27%左右，对开发者和用户来说这个值一般越大越好；

- 写放大系数WA（Write Amplification）：Flash不能覆盖写的特点决定了用户在写入一笔数据时，FTL可能需要搬运写入数笔数据，FTL实际写入数据量除以用户写入数据量即是WA，例如用户写入16KB数据导致FTL实际写入32KB数据，那么WA就等于2。这个值越小意味着更好的性能，理论极限是无限接近1、不可能小于或等于1，优秀的FTL算法可降低这个值；

- ECC纠错能力：写入数据存在bit翻转决定开发者必须使用ECC纠错算法，ECC算法一般由FPGA逻辑实现，这个值越大越好；

- 磨损均衡与使用寿命：Flash块擦除次数限制决定了FTL必须努力保证使用过程中每个块擦除次数大致相当，这将影响SSD的寿命，宝存科技设计的ECC与RAID双重保护，以及FTL可动态替换坏块的能力和磨损均衡算法，保证SSD的寿命在每天更新数据5遍的条件下（例如一块3.2T的卡每天写入16TB数据）可达到4至6年，在实际使用中可以产生这么大数据量的业务是很少见的。

二. PCIe SSD性能参数

同一般的存储设备类似，PCIe SSD主要有如下几种性能参数：

- 读写带宽（Bandwidth）：读写速度；

- 读写IOPS（nput/Outputs Per Seccond）：一般是指每秒最大可随机读写多少个4KB；

- 读写延时（Latency）：读写4KB数据最短完成时间。

一般而言，高带宽或高IOPS是可以通过增加RAID磁盘组数目来拼接出来，但是传统磁盘存储采用机械装置寻址，Latency很大是它无法逾越的障碍，一般而言由磁盘组成的存储，读写Latency都在毫秒或者数十毫秒级，同PCIeSSD相差3个数量级。更为重要的是，对于大多数企业数据库而言，Latency恰恰是影响性能的最重要参数。下表是宝存科技PCIe SSD各种容量规格的技术参数，供参考。

敬请期待下期内容：PCIe SSD介绍及其应用（二）

三.关于宝存科技

上海宝存信息科技有限公司（Shannon Systems）由美国硅谷资深技术团队于2011年归国创办，团队总和经验超过60年，领域内专利近150件。其中80%的员工从事研发工作，有多名硕士、博士。

2011年，被列入上海市杨浦区“3310计划 A-类”重点支持企业。

公司总部位于上海市。北京、深圳、重庆都设有销售、支持中心。

上海宝存信息科技专注于开发企业级高性能的固态存储产品及解决方案，提供创新性固态存储产品，来帮助用户持续优化IT系统架构和性能并以此降低客户的采购成本和维护费用。宝存自主研发并拥有全部知识产权的Direct-IO? PCle Flash系列产品在性能、容量、可靠性等方面代表了业界的最高水平，在各行业中也得到了规模性的部署和应用。同时，宝存将陆续推出全新一代的基于固态存储的高性能高可用的计算、存储系统融合平台。

宝存诚邀各方合作伙伴与我们一起协力合作，互利共赢，共创辉煌！

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