从 SATA 迁移到 NVMe

为什么现在是时候进行迁移了

NVMe 生态系统不断扩大，推动外形、功率、成本、容量、安全性、可管理性等方面的创新。事实上，从 2020 年至 2025 年，NVMe 的复合年增长率预计将达到 29.7%。与此相反，自 2011 年推出 NVMe 以来，SATA 的市场份额一直在稳步下降，预计到 2026 年，它将低于 10%。将近 15 年前，SATA 的最后一个重大修订版本 SATA 3.0 发布，但所做的改进相对较小。因此，SATA 固态硬盘已经成为过去，缺乏蓬勃发展的生态系统应有的优势。 关键在于何时迁移，而非是否迁移 为了全面实现全新存储技术和现代功能在软件和硬件方面的优势和性能，您的基础设施必须跟上步伐。鉴于此，从 SATA 迁移到 NVMe 接口不仅至关重要，而且不可避免。问题不在于是否迁移，而在于何时迁移。在规划此类迁移时，成本是一个主要决定因素。 基于 NVMe 的 Solidigm™ 3D NAND QLC 固态硬盘具有更高的密度、更强的性能以及巨大的成本优势，适合大多数成本敏感型部署。从 SATA 迁移到 NVMe 可消除互连瓶颈，使客户能够通过提高性能来扩展容量。Solidigm 的 QLC 固态硬盘具有灵活性，客户可以借此对其部署进行升级改造，从而在不改变部署占用空间的情况下更快地为应用提供服务或为更多应用提供服务。 利用 NVMe 实现性能可扩展性 下表显示了 SATA 的带宽和 IOPS 范围与 NVME PCIe Gen3 性能的对比（许多已经使用 NVMe 生态系统的用户已经迁移到 PCIe Gen4，有些用户正在向 PCIe Gen5 迁移）。 如上表所示，即使在较低的 PCIe Gen3 速度下，NVMe 固态硬盘的性能也远超 SATA 规范的上限。NVMe 性能以 3.84 TB 容量的 Solidigm P5430 为基准。更大的容量与 PCIe Gen4 速度相结合，进一步扩大了这种性能差距。 NVMe PCIe Gen4 固态硬盘的读取带宽达到 7GB/s，单个硬盘的读取性能与 12 个 SATA 固态硬盘相当。这样一来，部署变得十分灵活，可根据需求调整容量和性能，同时大幅减少占用空间。 一项接口速度对比显示，整体性能有所提升，读取性能提升 5 倍以上。Solidigm QLC 3D NAND 固态硬盘可在性能、密度和成本之间达到平衡，同时提供了迁移到更好接口的机会。

表 1. SATA 与 NVMe 的性能对比

在 960 GB 的容量下，SATA 的互连速度达到上限。将 SATA 硬盘的容量从 960 GB 扩展到 7.68 TB，性能没有任何提升，因为 960 GB 的 SATA 硬盘已经使 SATA 6Gb/s 接口完全饱和。增加硬盘容量会导致成本上升，而且不会带来任何额外性能提升，因此降低了每 GB 容量的性能。 SATA 外形是机械硬盘演变的产物，这意味着它们在优化容量和冷却方面的效率不如 NVMe 固态硬盘。对于开始关注物理空间的部署来说，NVMe 提供了理想的替代方案。通过外形创新，客户可以在不影响性能的情况下减少部署的占用空间。 案例研究：从 SATA RAID 1 迁移到 NVME RAID 10 对于需要相对较强的 RAID 性能和冗余以便防止硬盘故障的客户来说，RAID 1 和 RAID 10 是合适的选择。目前将 SATA 硬盘与 RAID 10 配合使用的客户可以迁移到 RAID 1 和容量更大的 NVMe 硬盘，从而减少 RAID 阵列中的硬盘数量，实现同等或更强的性能，并保持相同的可用容量。 我们的案例研究表明，从 SATA 迁移到 NVMe 可以小规模实现。该示例显示，即使在最低容量下，性能也有所提升。随着 P5430 等高密度 Solidigm 3D NAND QLC 固态硬盘容量的增加，可以更低的总拥有成本实现性能提升和容量扩展。 从 SATA 硬件 RAID 迁移到 NVMe 硬件 RAID，部署可以充分利用 NVMe 生态系统提供的可扩展性、可管理性、可靠性以及多种其他优势。RAID 供应商认识到迁移到 NVMe 生态系统的趋势，一直在开发支持 NVMe 设备的解决方案，如三模 HBA 和高性能 RAID 解决方案。

Solidigm 的 QLC 硬盘在价值方面经过优化，定价具有竞争力，因此迁移到 Solidigm P5430 等低成本 NVMe QLC 硬盘不仅能提高读取性能，还能提供总体拥有成本 (TCO) 优势。

图 1. SATA RAID-10 与 NVMe RAID-1 对比

测试结果

为了证明 RAID 环境下的总拥有成本优势和读取性能优势，我们在 RAID 10 配置中使用了 4 个 1.92 TB S4520 SATA TLC 硬盘，在 RAID 1 配置中使用了 2 个 3.84 TB P5430 NVMe 硬盘。我们使用 FIO (Flexible I/O Tester) 测试了 RAID 阵列的带宽和 IOPS。RAID 10 配置使用 SAS/SATA RAID HBA，RAID 1 配置使用三模 RAID HBA。请参阅下文了解测试配置。

我们的结果显示，通过迁移，客户可以获得两倍的读取带宽并将总拥有成本降低 25%，同时保持相同的可用 RAID 容量。通过迁移，客户还能够通过镜像 RAID 来避免选择最佳条带大小的复杂性，从而将底层 QLC NVMe 固态硬盘性能充分应用于各种应用。

测试配置表

• Solidigm。SATA 4 x 1.92 TB S4520。M50CYP2SBSTD (Coyote Pass 2U)，至强® Gold 5318Y CPU（双核，2x24 核心，每核 1 线程），256 GB 内存，Linux 3.10.0-1160.71.1.el7.x86_64，Cent OS 7。LSI MegaRAID 9361-8i。RAID 10。FIO 3.7。
• QLC NVMe。2 个 3.84 TB P5430。M50CYP2SBSTD (Coyote Pass 2U)，至强® Gold 5318Y CPU（双核，2x24 核心，每核 1 线程），256 GB 内存，Linux 3.10.0-1160.71.1.el7.x86_64，Cent OS 7。LSI MegaRAID 9440-8i。RAID 1。FIO 3.7。

图 2. SATA RAID 10 与 NVMe RAID 1 的连续读写性能对比 (GB/s)

图 3. SATA RAID 10 与 NVMe RAID 1 的随机 IOPS 读写性能对比 (K IOPS)

结论

过去十年见证了前所未有的数据爆炸式增长，以更高速度从海量数据存储中访问数据的需求也日益增长。数据存储规模不断扩大，为满足不断增长的需求，我们需要一种能够提供相应性能的接口。受制于性能和容量，SATA 并不是这种新的存储模式的有力竞争者。而凭借蓬勃发展的发展和创新生态系统，NVMe 成为此类解决方案的合适选择。

了解有关 Solidigm QLC 固态硬盘（如 D5-P5430 和 P5336）的更多信息。