如何为服务器选择最合适的SSD：E3.S、NVMe、SAS 或 SATA？

2024-06-20 服务器 0

上一篇文章《下一代企业级SSD外形规格演进及趋势》中我们详细介绍了SSD的接口规格和趋势，但是很有小伙伴后台留言想让我详细介绍下服务器怎么选择不同接口的SSD。

因为随着SSD对HDD的替代，每一代的服务器都会带来不同存储接口的更新支持。

目前，常见的服务器SSD接口有NVME、SAS、Value SAS 和 SATA 等接口，这也给客户带来一定的困扰，如何根据工作负载需求、预算、规模综合考虑服务器SSD接口，成为很多企业客户最头疼的事。

今天我们就来具体聊下如何为服务器选择最合适的SSD接口。

▉ 不同接口SSD有何不同？

要了解不同接口SSD的使用方式，首先我们来总结一下NVMe、SAS、Value SAS和SATA SSD接口的历史和架构情况：

NVMe（非易失性高速内存）

2009年，当时SATA作为串行接口，采用AHCI规范，其已经成为制约SSD速度的瓶颈，英特尔开始着手寻找SATA的替换方案。2011年，NVMe 1.0发布。自发布后，NVMe接口就成了性能最高的闪存存储类别。

NVMe的驱动架构区别于SAS 和 SATA接口，它利用PCIe接口直接连接到CPU，从而简化了数据传输路径，SAS和SATA则需要在到达CPU之前需要先通过HBA来转换数据。通过优化数据传输路径，NVMe减少延迟并提高了性能，而且可扩展性也得到了明显提高，因为NVMe接口可以通过使用连接到CPU的同一通道"池"中的通道来超越传统的四通道。

目前，EDSFF E3.S 是下一代 NVMe SSD，这个接口的SSD能够实现更高密度的服务器存储。此外，随着每一代新一代 PCIe 标准的推出，NVMe 性能就会不断提高。

SAS（串行连接 SCSI）

SAS接口是在SATA接口发布后的几年后出现，并引入了有利于现代工作负载的新功能。SAS不是建立在SATA接口中使用的ATA标准，而是对现有并行SCSI（小型计算机系统接口）标准进行了优化，从而提升了传输性能。

SAS线缆架构在两根线缆中包含了四根四线，从而创建了更多可用于传输数据的通道以及更多的可供其他设备使用的连接器，此外，通道都是全双工的，支持同时读写功能。另外SAS还引入了改进的可靠性、错误报告和更长的线缆长度。

Value SAS 通常与 SAS 一起使用相同的接口，但使用性能较低的设备，从而让客户能够以较低的价格提供同样SAS 的技术优势。如今，SAS 还在不断改进，因此，SAS 在市场上仍然具有非常高的竞争性。

SATA（串行高级技术附件）

SATA 接口在 2000 年发布，至今仍广泛应用于现代服务器中，因为它是最经济实惠的 SSD 接口选项。它用串行ATA取代了并行ATA，解决了当时的各种性能和物理限制。

SATA 线缆架构在一根电缆中有四根电线--两根用于发送数据，两根用于接收数据。这四个通道都是半双工的，因此数据一次只能沿一个方向移动。在 6Gb/s 下，SATA 写入速度足以存储信息，但与更现代的接口相比，其读取速度较慢，这限制了其在现代工作负载中的应用程序使用。SATA 的最后一次重大修订是在 2008 年，并且 SATA 未来不会有进一步的提升。

▉ 六个维度对比不同接口的SSD

我们也可以看到下表中列出了最常见的6种接口的SSD在Dell PowerEdge 服务器的测试结果。这种比较有助于我们更好的了解哪种存储接口类型最适用于什么类型特定的业务需求和目标。

每个存储接口的随机 4KiB（70%读取，30%写入） IOPS 差异

我们也将从性能、延迟、价格、每单位价格的性能、可扩展性和持续开发六个角度来对每个接口的SSD进行对比。

E3 NVMe、Enterprise NVMe、DC NVMe、Enterprise SAS、Value SAS 和 SATA 驱动器的性能指标排名

1．性能。性能我们可以通过多种方式来衡量，如上图所示，戴尔在上面发布了随机 4 KiB 70/30（70% 读取，30% 写入）数据，IOPS越高代表性能越高。我们可以看到E3.S NVMe 企业级驱动器的 IOPS 比企业 NVMe SSD 高 1.48 倍；企业 NVMe SSD 的 IOPS 比 DC NVMe SSD 高 1.13 倍；DC NVMe SSD 的 IOPS 比企业 SAS SSD 高 1.99 倍；企业 SAS SSD 的 IOPS 比 Value SAS SSD 高 1.42 倍；最后，Value SAS SSD 的 IOPS 比 SATA 高 2.39 倍。

2．延迟：NVMe 协议减少了数据传输路径（绕过 HBA）。而且它还具有更少的开销，使其延迟显著低于 SAS 和 SATA。SAS 协议是全双工（而不是半双工），并提供两个通道（而不是一个）供数据使用，使其延迟比 SATA 低 50% 以上。

3．价格：根据戴尔 2022 年第一季度的定价显示，SATA SSD 是最便宜的存储接口，价格约为Value SAS SSD 价格的 0.9 倍。Value SAS SSD 的价格约为 DC NVMe SSD 价格的 0.85 倍。DC NVMe SSD 的价格约为企业 SAS SSD 价格的 0.85 倍。企业 SAS SSD 的价格约为企业 NVMe SSD 价格的 0.97 倍。定价不稳定，这些数量差异仅供参考。

4．每单位价格的性能：由于 NVMe 的性能明显领先于 SAS 和 SATA，因此它很容易成为性价比的黄金标准。DC NVMe SSD 的性价比最高，紧随其后的是企业 DC NVMe SSD，其次是 Value SAS SSD，紧随其后的是 SAS SSD，最后是 SATA SSD。

5．可扩展性：目前，由于可以以较低的开销提供丰富的通道，因此 NVMe 显示出更广泛实施的最大前景。然而，如果必须升级现有数据中心基础设施以支持 NVMe I/O 协议，这可能是一项昂贵的投资。SAS 则更加灵活，因为 SAS 扩展器具有成本效益，并且大多数数据中心基础设施已经拥有支持它所需的硬件。然而，SAS 不具备像 NVMe 那样积极扩展的潜力。SATA 不能很好地与 SSD 一起扩展。

6．持续开发：NVMe 接口具有持续取得实质性进展，包括 NVMe 2.0b（2022 年 10 月发布）和 PCIe 5.0（2023 年 1 月在 Intel CPU 上发布）等更新。SAS 接口也有定期更新，但除了最近的 SAS4 (24G) 更新外，影响大多很小。目前还没有计划将 SATA 接口的功能扩展到当前的限制之外。

▉ 根据业务需求进行选择

每个企业都是独一无二的，对其存储驱动器有不同的要求。所以在选择不同接口SSD的时候应该考虑预期工作量、工作负载、规模大小、预算等因素，以做出最佳选择。

尽管这一决定最终取决于每个企业，但我还是在这里为尚未做出购买决定的企业做出一些简单推荐：

E3.S NVMe SSD:对于希望得到极致性能的企业来说，E3.S NVMe SSD就是目前最佳的选择，而且随着NVMe的持续进化，企业将长期享受最高性能带来的极致体验。

企业 NVMe SSD：对于希望获得最佳性能并拥有灵活预算的企业应考虑购买企业 NVMe SSD。比如HPC 或 AI 等存储 I/O 繁重工作负载将立即受益于该存储接口的非易失性特性所带来高价值。企业 NVMe SSD 的快速性能增长还将使数据库或协作等较小的工作负载能够轻松跟上不断增长的数据规模。最终，由于企业 NVMe 每年都会经历持续的有价值的变化，例如性能提高和成本降低/优化，因此我们建议您的数据中心使用它来面向未来。

DC NVMe SSD：除了最大的价值之外，预算有限的企业还应该考虑购买 DC NVMe SSD。这些驱动器具有与企业 NVMe SSD 相同的性价比，但价格大幅下降 (0.83 倍)，性能下降 (0.86 倍)。想要获得最佳性价比的企业会很高兴购买DC NVMe SSD。

企业 SAS：希望继续使用现有的基于 SCSI 的数据中心环境并获得最大 SAS 性能的企业应考虑购买企业 SAS SSD。尽管企业 SAS 接口目前在性能或价格方面没有任何排名领先地位，但它在行业中被认为高度可靠、扩展成本效益高，并且在 24G 可用的情况下展现了未来的前景。企业 SAS SSD 将充分处理中等负载工作负载，例如数据库或虚拟化，但如果包含任何重型工作负载，则与 NVMe SSD 混合时运行效果最佳。

Value SAS：预算有限的企业应考虑购买 Value SAS SSD。这些驱动器具有与企业 SAS SSD 相同的性价比，但价格大幅下降 (0.73 倍)，但性能下降 (0.71 倍)。因此，它的性价比略低于企业SAS SSD，因此与 SATA 相比更具有性价比。不过，该存储接口只适合现有用途，预算较小的中小型企业可以利用这种低成本解决方案，同时仍然获得 SAS 接口的许多优势。

SATA：需要最低价格存储接口的企业应考虑购买 SATA SSD。然而，这种作用应该谨慎对待，因为目前 SATA SSD 没有其他价值主张，而且这些闪存存储接口的价格差距随着时间的推移一直在缩小，这最终可能会消除 SATA 存在的任何正当理由。话虽如此，SATA 目前仍然是读取量不大的轻量工作负载的可靠选择。

▉ 结论

NVMe、SAS 和 SATA 存储接口的竞争故事仍会持续一段时间。五年前，分析师曾提出这样的论点：尽管 NVMe 具有卓越的性能，但其高昂的成本使 SAS 获得了"未来几年最佳性价比"的称号。今天我们看到的是所有这些接口的价格差距正在迅速缩小。我们观察到SATA性能已经远远落后于SAS，也远远落后于NVMe，并且没有计划改善其现状。我们还看到 NVMe 不断优化其性能和价格，以每年获得更多的市场份额在增长。