【編者按】低端存儲拼價格，中端存儲拼功能，高端存儲拼架構。架構設計關系高端存儲系統的安全性、耐久性和適用性。本文探討了從總線架構、 交換式架構、矩陣直連架構、分布式架構以及最新的iMatrix全共享交換架構。

低端存儲拼價格，中端存儲拼功能，那么高端存儲拼什么?當然是架構。架構設計對于高端存儲系統來說，就像摩天大樓的建筑結構設計，不同的結構決定了建筑的安全性、耐久性和適用性。所以，高端存儲的架構設計將對產品的性能、可靠性、可擴展性起到決定性作用。

俗話說，外行看熱鬧，內行看門道。對于高端存儲來說，這個門道就是架構。高性能、高可靠和可擴展性是所有高端存儲面臨的“三角”難題，也是成為衡量高端存儲技術領先性的重要指標。如何在三者之間取得均衡，對于廠商和用戶來說都是一道難題。那么，高端存儲架構經歷了怎樣的演進呢?

(圖示：黃色方塊代表控制器，淺藍色方塊代表緩存，深藍色方塊代表存儲介質，白色方塊代表交換，線條代表線纜)

多控高端存儲演進

先回顧一下存儲架構過去幾十年的發展歷史。高端存儲是在大型機、小型機出現后，隨著數據規模的持續增長需求開始出現，自從問世就一直承擔著IT應用中的最核心的業務數據的存儲、管理。其中，基于開放系統的高端存儲系統出現的時間已接近20年。按時間順序，高端存儲架構經歷了從總線架構到交換式架構、矩陣直連架構、分布式架構、全共享交換式架構的演進歷程。今天，浪潮AS18000的推出將高端存儲架構定格在新一代全共享交換架構。可以這樣說，浪潮AS18000采用的新一代全共享交換架構的iMatrix融合了前幾代架構的優勢，既充分發揮了交換架構的高可靠優勢，又使得分布式架構的高擴展優勢得以全面施展。浪潮AS18000為高端存儲的可靠性、擴展性、性能、延遲等指標樹立了新桿桿。

1. 總線架構：擴展性差，總線資源爭用

　　總線架構圖示

目前，已經沒有廠家再采用總線交換式的架構。EMC和HDS的早期產品都曾經采用過這種架構。該架構的缺點是可擴展性不強，且由于基于總線，存在總線爭用，造成數據訪問效率受到影響。

2. 交換式架構：時延大，資源爭用

　　交換式架構

交換式的架構通過交換ASIC將前端和后端連接進行數據交換。交換式架構具有更好的可擴展性，但要解決減少交換時延和交換爭用等問題。目前，在全球仍有高端存儲廠商在采用該架構。

3. 矩陣直連架構：不易擴展，布線復雜

　　矩陣直連式架構

該架構的前端和后端采取矩陣式直接連接方式，缺點是可擴展性很差，同時由于連接信號線數目眾多，在一定程度上給布線和維護帶來了困難。EMC的DMX-4就是采用基于矩陣直連式的存儲陣列架構。目前，EMC在VMAX高端存儲上已經棄用該架構。

關于矩陣直連式架構的誕生，在這里給大家講個小故事，據說當年研發出交換式架構的廠商對該架構申請了技術專利。這樣就讓競爭廠商沒有辦法采用，只得放棄交換式架構另辟蹊徑，轉而將每個需要通信的部件全部用線連起來，確保架構的應用能力，并且規避專利版權問題。這就是矩陣直連式架構的由來。

矩陣直連架構的優點是：數據響應敏捷、時延低，因為不用經過交換機。缺點也顯而易見：擴展性差。可以想象，每增加一個控制器，都會帶來線纜的大量增加，給產品設計帶來不小的挑戰，也增加了項目實施和運維的復雜度。

4. 分布式架構：非全共享模式

　　分布式架構

分布式架構將串行延遲降至了最低，使得系統獲得了理論上最高的加速比。由于該系統的所有資源，包括計算資源、內存資源、磁盤資源都足夠分散，因此資源爭用的可能性極小。分布式系統具有更好的性能、可擴展性，同時也擁有更低的成本。

然而，這種架構也存在一些不足，分布式架構在系統內部保持了一個較高的數據冗余保證，但是在主機到存儲的鏈路層，缺少更高層次的可靠性保證機制;在關鍵業務應用環境中，只保證了數據的高性能、高可靠的內部存儲，沒有提供更高可靠性的數據IO服務。

目前，市場上最新一代高端存儲陣列HP P10000、EMC的VMAX等高端存儲都在采用這種全分布式架構。

5. 全共享交換架構iMatrix：定義新一代高端架構，高可靠、高性能、高擴展

浪潮最近正式推出新一代高端存儲AS18000正是采用了業內領先的全共享交換架構iMatrix，滿足了關鍵業務對高性能、高可靠性、高可擴展性的核心需求。

　　全共享交換式架構

在“互聯網+”的影響下，用戶要迎接新時期的“關鍵業務+”的挑戰，首先就需要一個高可靠、高性能和靈活可擴展的核心業務架構。浪潮新一代全共享交換架構iMatrix，包括主機層、控制器層、存儲層三層全共享交換，提供了領先的高可靠、高性能、高擴展等關鍵存儲特性，代表著高端存儲架構設計未來的發展方向。

浪潮AS18000為客戶提供“7個9”的方案級可靠性、600萬IOPS(約每秒承載60萬筆業務)的高性能、16個控制器和7680個硬盤驅動器的高擴展能力。

目前，iMatrix具有超強的容錯能力，提供了從容忍三控制器故障、三引擎故障到容忍三站點故障的系統架構保障。基于新一代高端存儲架構的AS18000毫無疑問將成為用戶核心業務的強大支撐，讓用戶的核心數據系統能夠輕松應對關鍵業務帶來的諸多挑戰。

浪潮AS18000通過32路存儲冗余鏈路和智能化的IO調度策略，可實現高端存儲鏈路、控制器、存儲資源的自動負載均衡。基于前端PCIe 3.0全交換，浪潮AS18000可構建全局緩存資源池，充分發揮每個控制器的性能，達到目前業界最高的600萬IOPS和小于1ms延遲。通過后端SAS 3.0全交換，浪潮AS18000可構建統一的數據共享資源池，實現每一塊數據對每個前端控制器可視。

iMatrix架構讓浪潮AS18000充分發揮了前后端交換組件的最大性能，可實現768GB/s的雙向均衡帶寬，達到小于1ms的低延遲，滿足關鍵業務對數據響應速度和數據一致性的高要求。

在極端情況下，16個控制器只要還有一個控制器“存活”，也可確保數據的可訪問性。可以說，iMatrix具有數倍于其他廠商高端存儲的容錯能力，能夠實現“6個9”的系統可靠性和“7個9”的方案級可靠性。