隨著云計算的出現，企業和 SMB 存儲基礎架構變得越來越分散，以便在提高 I/O 性能、數據恢復時間和每 GB 成本的同時實現最大可能的管理靈活性。這部分是由虛擬化技術的并行發展推動的，這有助于創建可根據不斷變化的業務需求動態管理的網絡 IT 資源的彈性池。

這種向云基礎架構的加速轉變促使 IT 系統架構師重新評估迄今為止支撐存儲平臺的傳統存儲硬件，這種重新評估自然會延伸到構成這些系統的嵌入式組件，尤其是處理器平臺。

傳統的存儲陣列和服務器通常圍繞集中式控制器或板進行架構，這些控制器或板通過按一對多 CPU 到磁盤驅動器配置分組的通用 x86 CPU 處理聚合存儲 I/O。處理器是系統內數據流進出系統磁盤驅動器的主要瓶頸，因此系統供應商設計了性能最高的 CPU 以加快 I/O 速度，這會增加過程中的大量費用和功耗。

然而，隨著為云提供動力的硬件基礎設施越來越分散，需要一種新的云存儲網絡方法——一種不再強調整合存儲模型的方法，而是提供以構建塊方式增量部署存儲資源的靈活性，無論何時需要這些資源分布式網絡。這為新的云存儲架構戰略打開了大門，該戰略利用分布式智能磁盤驅動器（閃存和機械）而不是昂貴的集中式存儲陣列或服務器。通過為這些驅動器中的每一個配備高性能、節能的 x86 多核處理器，存儲網絡中的處理器內核總數可以超過傳統存儲系統中的內核數量，

圖 1：具有內置管理程序的虛擬驅動器。

低功耗、高性能并行處理

這種云優化的存儲架構由加速處理單元 （APU） 和片上系統 （SoC） 處理器架構實現，它們將通用 CPU 和離散級 GPU 結合在一個兩芯片或單芯片芯片組上，分別。這通過利用 GPU 對數據塊并行處理計算任務來促進高速并行處理，從而在網絡中的每個單獨的磁盤驅動器節點上實現企業級存儲吞吐量（圖 1）。

與性能類似的異構 CPU+GPU 芯片組相比，這些高度集成的處理器架構還最大限度地降低了設計復雜性和系統尺寸，因為它們在硅片上進行了密集集成，從而減少了板層和尺寸。支持 APU/SoC 的計算優勢最終使得可以在標準 3.5 英寸驅動器外殼內利用并行處理性能，該驅動器外殼還包含必要的嵌入式存儲和網絡硬件元素。

也許最重要的是，APU 和 SoC 處理器可以支持熱設計功率 （TDP） 配置文件，從而顯著降低系統級熱量產生，更重要的是，允許使用以太網供電 （PoE） 為驅動器供電。PoE 是這種新網絡存儲架構的關鍵促成因素，與當今高耗電的存儲陣列和服務器相比，它提供了顯著的每瓦性能效率優勢，后者依賴于在不同負載條件下具有不同效率的高功率電源。相比之下，使用 PoE 為每個驅動器供電允許在固定負載條件下調整和最大化效率。

備用電源和電池電源

在這些智能驅動器中使用低功耗 APU 和 SoC 處理器帶來了額外的好處，它超越了主存儲，進入了不間斷存儲和容錯文件系統領域。在這里，超分布式云存儲架構也有內在的好處，包括能夠在整個網絡中執行驅動器到驅動器的數據鏡像，以實現數據冗余和保護目的。大多數企業陣列和服務器系統通過限制在單個系統/機柜內的獨立磁盤冗余陣列 （RAID） 實現這種冗余能力，跨磁盤驅動器復制數據。這增加了多驅動器故障導致不可挽回的數據丟失的風險，而在由分布式磁盤驅動器組成的基于云的分散存儲架構中，

涉及數據保護的另一個關鍵考慮因素是備用電源。對于傳統的存儲陣列和服務器系統，備用電源是通過大型、昂貴的 UPS 系統和柴油發電機提供的。然而，在分布式云網絡中，電力備份是在單個驅動器級別啟用的。由于嵌入式 APU 和 SoC 處理器實現的低功耗，磁盤電池備份現在已成為使用消費級電池的現實。與傳統的電池備份方法相比，這可以減少數據中心的占地面積和機架空間。

閃存是這種電池備份模式的關鍵促進技術——事實上，這種能力即使不是不可能，也很難用傳統的硬盤驅動器實現。另一方面，閃存采用先進的緩存算法實現時，可加快讀/寫速度并最大限度地減少數據寫入周期期間的 NAND 退化，提供最高水平的存儲性能和可靠性，無需移動部件。在長時間停電的情況下，這些驅動器可以支持正常關機操作，從而最大限度地降低數據丟失和/或驅動器電氣損壞的風險。

從硬件到軟件

為了讓這種基于磁盤驅動器的云存儲模型在實際功能上與傳統的集中式存儲方法相媲美，需要提供一些必備的軟件功能。虛擬化是其中最主要的，它允許在磁盤驅動器級別本地運行虛擬機 （VM），從而為不同的工作負載和/或多租戶使用提供精細的資源配置。

對流行的橫向擴展計算架構的原生支持也很關鍵。Apache Hadoop 和 OpenStack 等開源軟件框架對于大數據和云存儲應用程序尤為重要，并且必須在驅動器上本地運行，以最大限度地減少添加或更換節點時計算集群的性能下降。

糾錯碼 （ECC） 支持是另一個關鍵因素。傳統上，ECC 支持僅限于耗電的處理器平臺，但超節能、計算密集型 x86 云基礎架構的發展使得 ECC 支持在低功耗處理器領域成為越來越重要的要求。ECC 有助于確保最高級別的數據完整性，同時通過使用高級加密算法提高數據安全性。

底層 x86 處理平臺有助于確保與 Internet 骨干基礎設施的緊密集成，并支持豐富的行業標準軟件和工具生態系統，這些軟件和工具用于構建當今的公共和私有存儲云。

一種新的云存儲模式

從昂貴的單片存儲陣列到商品服務器，傳統存儲系統會給云存儲基礎架構增加顯著的成本、管理復雜性和功耗，同時帶來大量以備份和恢復為中心的挑戰。

另一方面，利用 x86 APU 和 SoC 的高度可擴展、基于磁盤驅動器（閃存和機械）的云存儲模型可以產生前所未有的功率效率，提供突破性的并行處理性能，并支持企業級存儲和管理功能。在單個磁盤驅動器上支持電池供電備份的附加功能確保了最高水平的業務連續性和數據保護。

審核編輯：郭婷