AI驱动的大规模存储接口升级

本文围绕 AI 驱动的大规模存储接口升级展开，聚焦 NVMe 协议在存储领域的应用，笔者对“2025 OCP APAC Summit（Storage合集）”部分内容进行分析解读。

NVMe-HDD 发展基础：2022 年推出 OCP NVMe HDD Specification V1.0，有 129 个活跃成员，能替代 SATA 降低成本，契合单端口 / 单通道需求，关键云服务提供商（CSP）与原始设备制造商（OEM）认可其价值，多数相关方已准备好推动存储向 NVMe 协议整合。参与方涵盖微软等消费者、希捷等驱动厂商、超微等系统提供商及博通等生态企业。

硬件与接口技术：初期用 SFF8639 连接器验证连接，后续计划 SATA 连接器用于单端口（与 SATA HDD 硬件型号一致）、SAS 连接器用于双端口（待产量验证）；明确了 SATA 和 SAS 连接器在不同系统接口下的最大 PCIe 链路速度，以及 PCIe-NVMe 单端口单通道 SATA 连接器、单端口双通道 SAS 连接器的针脚定义；还给出 3.5 英寸 LFF 硬盘外形尺寸标准、LED 状态与设备状态对应关系及硬盘电源参数。

信号完整性与规范：Amphenol 的连接器对信号完整性测试显示，成本优化型 PCIe Gen3 硬盘部分连接器对（如 SAS3 插头 / 插座）在特定阻抗下通过测试，性能 / 高可用型 PCIe Gen3 或 Gen4 硬盘仅 SAS4 插头 / 插座连接器对通过；介绍 PCIe-Gen3 和 SAS-3 的信号完整性参数，以及 PCIe-SIG OWG 扩展连接规范，包括机架内、机架间连接要求及相关组件标准。

技术对比与优势：对比 SAS、SATA、NVMe 协议，NVMe 在带宽、延迟、CPU 效率、扩展性等多方面优于前两者，如 NVMe 接口带宽达约 1.6GB/s（PCIe 3.0 x1 全双工），SATA 仅约 500MB/s（半双工）；NVMe SSD 与 HDD 各有优势，SSD 低延迟、高吞吐，适合处理器缓存，HDD 每 TB 成本低、能效高，适合大容量存储，二者结合可优化 AI 存储。

应用与未来规划：2023 年 10 月进行 EDU2 演示，2024 年四季度计划推出 EDU-3.5 Mozaic3+；展示了 NVMe 在 AI 存储中的应用，如希捷与英伟达演示的 NVMe-oF 连接存储方案，还提及未来 NVMe-HDD 系统优化方向，如提升容量利用率、降低功耗等，需各方协作；呼吁相关方参与 OCP 规范反馈、NVMe 联盟合作，产品预计 2028 年下半年上市，并提供了获取更多信息的渠道及项目负责人。

NVMe 硬盘（NVMe-HDD）系统未来功能优化

要实现以下效率目标，需要客户与供应商双方的大力支持：容量利用率优化、功耗降低、性能提升及总拥有成本（TCO）降低统一的 NVMe 固态硬盘（SSD）与硬盘（HDD）架构可充分发挥以下功能优势：利用现有的 3.5 英寸存储机箱背板 / 连接器，减少输入输出模块（IOM）组件支持由主机管理的、具备不同优先级与功能的多队列（Multiple Queues）借助现有操作系统（OS）对命名空间（Namespace，NS）的支持，实现增强型多执行器（Multi-Actuator）支持通过弹性容量或命名空间管理，优化离线 / 在线硬盘的剩余寿命管理（Reman）与异步数据恢复（ADR）由主机管理的分区命名空间（Zoned Namespaces，ZNS），非常适合叠瓦式磁记录（SMR）技术基于命令持续时间限制（Command Duration Limit，CDL）的服务质量（Quality-of-Service）优化灵活数据放置（Flexible Data Placement，FDP），提供便于应用部署的数据放置方式通过基于虚拟设备管理（VDM）/ 数据中心优化（DOE）认证的 SPDM（安全协议和数据模型）与 MCTP（管理组件传输协议），实现安全的设备标识控制器内存缓冲区（Controller Memory Buffer，CMB）可简化 NVMe-over-Fabric（NVMe-oF）/TCP 协议及 GPU 直连（GPU-Direct）AI 架构的部署主机内存缓冲区（Host Memory Buffer，HMB）提升性能并降低功耗通过 HMB 空间分配，替代对串行闪存（sNAND）或嵌入式闪存（iNAND）的需求基于更大容量 HMB 的非易失性缓存（NVC）可实现更优性能支持扩展伯克利数据包过滤器（eBPF），为计算存储应用做好准备

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《2025 OCP/FMS全球峰会合集》... ...本文所有资料都已上传至“智能计算芯知识”星球AI峰会合集技术专栏。
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