古語有云：天下大勢分久必合、合久必分。

同樣，在數據中心多年的發(fā)展歷程中，計算與存儲也經歷了多次分分合合。從大型機的計算與存儲緊耦合，到小型機經典的IOE存算分離架構，再到隨云興起的超融合讓存算再次融合，計算與存儲宛如一對多年的CP，時而親密無間，時而又若即若離。

計算與存儲之所以會出現多次分與合，是因為需求的變化推動著架構層做出相應改變，而計算與存儲相輔相成、協(xié)同發(fā)展的關系始終未變。如今，隨著云與互聯網業(yè)務場景的大量涌現，新型存算分離架構開始興起，計算與存儲再次加速走向分離。

為何存算分離架構會成為數據中心未來十年最大的趨勢？新型存算分離架構與過往有何不同？新型存算分離架構的關鍵技術和挑戰(zhàn)又有哪些？近日，CCF會士、信息存儲專委會主任、清華大學教授、廈門大學信息學院院長舒繼武教授的一篇論文《新型存算分離架構技術展望》引發(fā)業(yè)界廣泛共鳴，讓我們從中一探究竟。

場景變化推動存算再次分離

舒繼武教授在論文中指出，云、互聯網、大數據、AI等推動新業(yè)務場景的高速發(fā)展，給基于服務器部署存儲的融合架構帶來極大挑戰(zhàn)，主要包括：其一、數據保存周期與服務器更新周期不匹配；其二、性能可靠性與資源利用率難以兼得；其三、無服務器（Serverless）應用等新型分布式應用有共享存儲的訴求；其四、數據中心稅導致數據密集型應用效率低下。

如何理解舒繼武教授提出的四大挑戰(zhàn)？我們先從業(yè)務形態(tài)變化與資源需求響應的角度來解讀。

眾所周知，隨著數字化轉型的深入，很多行業(yè)用戶存在著大量云與互聯網業(yè)務場景，業(yè)務形態(tài)逐漸變化，業(yè)務的動態(tài)性增強，使得對基礎設施資源的靈活性和利用率要求大幅提升。此時，基于服務器部署存儲的融合架構其缺點得到持續(xù)放大。

例如，計算與存儲更新周期不匹配，使得擴展時資源得不到充分利用，還增加了數據遷移等工作；支撐業(yè)務的服務器存儲無論是性能型還是容量型，均無法同時實現高性能、高可靠性與高資源利用率等。

另一方面，以無服務器（serverless）應用為代表的新型分布式應用的興起，就像一股催化劑，加速了業(yè)務數據共享訪問的需求，使得存算分離架構獲得更多用戶關注。

例如，分布式數據庫等應用紛紛轉向容器化部署與應用，存算融合的架構在CPU、內存、存儲容量／IOPS／帶寬，網絡IO／帶寬等7個維度均很難滿足新型分布式應用的需求。業(yè)界一些云數據庫公司甚至開始推動存算進一步分離，將計算節(jié)點處理的緩存層和日志功能下推到共享存儲上，以此實現更高的性能和資源利用率。

正所謂舊的不去新的不來。在業(yè)務場景、硬件技術快速發(fā)展等多重因素驅動下，新型存算分離架構正在迅速興起，成為近年來基礎設施領域最大的熱點。那么，這個“新人”是否堪擔大任？

新型存算分離架構“新”在哪

舒繼武教授在論文中指出，高性能盤框、NVMe／CXL新協(xié)議、專用數據處理器（如：DPU）、RDMA／NoF新型網絡技術等硬件的快速發(fā)展，為新型存算分離架構奠定了基礎。與傳統(tǒng)存算分離架構相比，新型存算分離架構具有更多新特征：Diskless的服務器、多樣化的網絡協(xié)議、專用化的數據處理器和極高存力密度的存儲系統(tǒng)。

那么，新舊架構對比，區(qū)別到底在哪里？

首先是架構處理邏輯的根本性變化。新型存算分離架構的興起，標志著以通用CPU為核心的處理邏輯加速向以數據為中心的處理邏輯轉變。這也意味著，服務器等計算設備將逐步走向Diskless，聚焦計算任務；而專用數據處理器、存儲系統(tǒng)將承擔更加重要的任務，價值與作用將會更加突出。

例如，當下大量DPU產品的涌現就是最好證明，DPU將數據存儲、訪問等大量操作卸載到專用數據處理器上，釋放服務器的算力，從整體上提升架構的能效比。

而取代服務器本地盤則是面向Diskless架構的存儲系統(tǒng)，近年來西部數據的OpenFlex、Vast Data Ceres高性能盤框、華為的OceanStor Micro微存儲均是新型存算分離架構下的存儲系統(tǒng)代表。

其次，新型存算分離架構在架構上徹底走向解耦，而不僅僅局限于CPU和外存的解耦，這將徹底打破各類存算硬件資源的邊界，組建彼此獨立的各種硬件資源池，實現各類硬件的獨立擴展與靈活應用。

這種徹底解耦就像搭建樂高積木一樣，每個組件彼此高度獨立，又能夠靈活組合，可以針對云、互聯網、AI等業(yè)務彈性強、變化多等特點，進行靈活組合和及時響應。

處理分工走向更細顆粒度，每個組件各司其職，如同專業(yè)人做專業(yè)事情，將每個組件的能力發(fā)揮到極致。

當然，解耦之后，各個硬件組件徹底走向獨立和靈活組合，也意味著組件之間的協(xié)作是新型存算分離架構必然需要面對的。對此，舒繼武教授在論文中指出，場景化數據縮減、高通量超融合網絡、網存協(xié)同、盤芯協(xié)同等關鍵技術對于新型存算分離架構發(fā)展至關重要。

未來存算分離看什么

如今，像DPU、智能盤框、 CXL／NoF等網絡均獲得了高速發(fā)展，推動著新型存算分離架構加速走向落地。舒繼武教授在論文中認為，面向云和互聯網場景的新型存算分離架構順應了未來數據中心可組合式架構（composable infrastructure）趨勢，但也面臨著技術、生態(tài)等方面的挑戰(zhàn)。

具體來看，舒繼武教授認為計算與存儲之間的數據訪問接口及標準主要采用塊存儲語義為主，面對今后異構算力的快速發(fā)展，內存訪問語義、計算協(xié)同語義等表現出能力不足，還需要產業(yè)界共同探索與解決。

另外，新型存算分離架構雖然提供了比以往更出色的基礎設施能力，但如何發(fā)揮出潛能還需要看應用服務。就像一輛汽車中，新型存算分離架構恰如出色的發(fā)動機和底盤，應用服務框架則是變速箱，如果變速箱不能做出與時俱進，則這輛汽車很難發(fā)揮出發(fā)動機的優(yōu)勢。舒繼武教授指出，設計更高效的應用服務框架，與上層應用實現完美協(xié)同，是一個長期過程，需要生態(tài)伙伴們共同努力。

雖然有著技術與生態(tài)方面的挑戰(zhàn)，但新型存算分離架構已然勢不可擋。未來十年，隨著中國數字經濟的蓬勃發(fā)展，數據要素成為最重要的生產要素，以一體化大數據中心、智算中心為代表的新基建將持續(xù)獲得持續(xù)建設，在算力高速增長的大趨勢下，新型存算分離以靈活架構、精細化資源利用率和綠色低碳能耗比等優(yōu)勢，有望在云服務商、電信運營商、金融等多個行業(yè)獲得廣泛應用。

       原文標題 : 論文解讀：為了數據中心的未來，存算這對CP竟然又離了