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RAID 架构的发展

  在整个存储环节中, RAID 系统一直是个重要的项目,除了要肩负起整个系统最底层的磁盘子系统的运作,而为了因应使用者对于效能、安全性的不同需求等级,而必须有多种不同的搭配方案与建置方式。而在产品方面,大多数拥有 RAID 控制芯片技术的厂商都会跳下去自行发展配接卡产品,台湾除了少数如 ACARD 之类的厂商有自己的芯片技术以外,都免不了要从采购芯片或以代理的方式来进入存储市场。

    RAID 架构已历经数代的发展,从最早期的 SCSI RAID 架构,到平价化的 IDE RAID ,并行( Parallel )式的架构已经明显不符时代潮流所需,因此在系统总线走向串行( Serial )化,追求窄信号高频率传输的同时, SATA ( Serial ATA )与 SAS ( Serial Attached SCSI )走进了市场,并在各自的领域攻城略地。

    高阶 RAID 配接卡中,仍有一大部分使用传统的 SCSI 接口,虽然不如 SAS 拥有般强大的扩充性以及更高的全双工理论传输效率做后盾,但是在长久的实用经验中,已经广受企业使用者信任,在已经稳定运作的存储环境中,也没必要跟随流行引进最新的 SAS 技术,徒增布建与管理上的困扰。因此在这类的案例中, SCSI 仍能占有一席之地。

    新一代的 SATA 与 SAS 同样都是针对传统并行传输方式的效率不彰,以及排线过于占空间,导致机箱内部杂乱不易配置等问题所设计出来的方案, SATA 本身为 SAS 定义的一个子集合,主要针对平价市场,而 SAS 则是定位于高可靠性及高性能应用存储解决方案,不过 SATA 硬盘与 SAS 控制器是完全兼容的,这也更扩展了 SAS 的连接应用广度。

    在 RAID 配接卡设计上,除了因应某些 RAID 等级有同位检查校验需求,为了分担系统的运算量,而可以外接辅助处理器,这方面的处理器大多以基于 ARM 技术或 RISC 等嵌入式处理器为主,常见的有 Intel 的 IOP 系列或 IBM 的 PowerPC 等,而由于同位数据运算非常复杂,随着硬件中断( Interrupt )的增加,这些同位检查数据必须来回往返于磁盘、内存、总线之间,会造成频宽相当大的冲击,这对有高负载需求的服务器来说,会成为相当大的负担。因此除了增加 IOP 处理器以外, RAID 配接卡设计者,通常也会在配接卡上内建专用的内存总线,以供加装从数十到数百 MB 容量的内存,藉以抒解这些 XOR 检查数据对总线造成的效能冲击。

    我们常可在高阶 RAID 控制卡上见到 IOP 处理器, IOP 即 I/O Processor ,是专门用于 I/O 的处理器。如果将 RAID 卡比作计算机系统的主机板,则 IOP 则是肩负了处理器与芯片组的双重身份。有了 IOP ,再配上适当的控制芯片(并行 SCSI 、 SAS 或 SATA ),就是相当基本的 RAID 控制卡的雏形了,开发商只要将心力放在软件的开发与后期的除错即可。

    新一代的 SATA 架构,由于在性能与扩充性上做了相当大的加强,所以已经有不少 RAID 配接卡厂商针对这方面的领域提出解决方案,硬盘厂商也针对这块应用提推出高 MTBF 的 SATA 硬盘产品,抢攻企业存储市场。以下我们就列出常见的 SATA RAID 配接卡,不过要注意的是,各产品之间支持的磁盘连接数目不同以及可否扩充内存,以及是否有内建辅助处理器,将对于售价有相当大的影响。

    ACARD AEC-6898

    做为平价版的 SATA 磁盘阵列卡, AEC-6898 并未内建了太多特色,不过从芯片到软件与驱动程序的研发与维护,全都是由 ACARD 本身一手掌握,并未假手他人。 AEC-6898 支持了目前主流的多种 RAID 等级,由于并未内建专用处理器,以及内存,为了避免硬盘的数量与 XOR 运算造成系统的瓶颈, AEC-6898 支持 4 组 SATA 连接埠,算是在兼顾成本与效能之下的折衷方式。

    AMCC 3Ware 3W-9590SE-16ML

    AMCC/3Ware 的产品在台湾由登昌恒所代理,而这一款产品算是 3Ware 产品线中,最为高阶的一款,本身内建了 RISC 处理器,来辅助运算多颗硬盘组成 RAID 模式时,所需要的 XOR 运算,以及配备了独立的 256MB 内存,以作为同位检查码的缓冲,避免这些流量直接冲击总线,造成服务器效能的损失。 3W-9590SE-16ML 支持了 16 组 SATA 连接埠,可支持多组最高 2TB (因操作系统的限制)的磁盘阵列模式,在 RAID5 等级下,可达到最高 800MB/s 的输出效能。

    Adaptec AAR-2820SA/256MB

    身为存储市场老将的 Adaptec ,在 SATA 磁盘阵列市场上,也同样有相当傲人的成绩,这款 AAR-2820SA ,采用的是 Adaptec 自家研发的 AIC-8210 SATA RAID-on-Chip ( ROC )控制芯片,与传统 RAID 控制卡不同的是,这颗 ROC 芯片结合了控制器以及微处理器芯片电路,免除了以往控制器与处理器分离式设计所需付出的额外成本。此款 RAID 控制器支持了 8 组 SATA 连接埠,并支持了更先进的 RAID 6 模式,可由 2 块硬盘同时进行失效保护的动作,除了标准的 RAID 等级以外,也可选用其它如 RAID 1E 、 5EE 、 60 等特殊模式。

    TekRam TR -834A

这款 RAID 控制卡也是属于低阶产品,内建的控制芯片是 Silicon Image 公司的 SIL3124-2 芯片,常可见于高阶主机板的扩充 SATA 连接上,并提供了相当完备的 RAID 功能,内建 4 组 SATA 连接埠,并使用 133MHz 的 PCI-X 插槽,由于其设计立意于扩充现有的存储设备,并降低存储服务器的整体成本,因此没有内建会大幅提高成本的 IOP 与缓冲存储器架构。虽然如此,完整的软件管理环境,以及软件最佳化的 XOR 运算能力,仍足以负担起企业端存储子系统的需求。

Areca ARC-1260

    这一款产品内建了 16 组 SATA 连接埠,主要是透过使用 2 颗 Marvell 88SX6081 达成的,这款产品的架构也是采用 Marvell+Intel IOP ,因此性能表现上也有相当优秀的表现,除了支持 BIOS PnP 以及 BIOS Boot Specification ,也支持了目前高阶产品所必备的 RAID 6 ,此外,与磁盘阵列管理相关的所有功能几乎都内建到软件中了,为使用者设想周到也是这款产品的一大特色之一, ARC-1260 定位于高阶产品,除了价格以外,质量也是相当优秀的。

    ACARD AEC-6898

    做为平价版的 SATA 磁盘阵列卡, AEC-6898 并未内建了太多特色,不过从芯片到软件与驱动程序的研发与维护,全都是由 ACARD 本身一手掌握,并未假手他人。 AEC-6898 支持了目前主流的多种 RAID 等级,由于并未内建专用处理器,以及内存,为了避免硬盘的数量与 XOR 运算造成系统的瓶颈, AEC-6898 支持 4 组 SATA 连接埠,算是在兼顾成本与效能之下的折衷方式。

    LSI MegaRAID SATA 300-8X

    这款由 LSI 所开发的 RAID 控制卡,采用的是 Marvel 88SX6081 控制芯片,以及 Intel IOP-331 处理器作为辅助运算之用。这款 RAID 控制卡也是定位在高阶应用方面,内建 128MB 的 RAM ,以供 XOR 运算缓冲,而在 RAID 功能上,则支持了在线立即转换 RAID 等级、 RAID 重建以及热抽换硬盘立即自动重建功能,此外并提供了功能相当强大的管理工具。界面是采用最高 133MHz 的 64 位 PCI-X ,兼容性表现相当不错。

    HighPoint RocketRAID 2320

    HighPoint 的产品,在 IDE 时代时常被应用于主机板内建 RAID 控制器上,算是相当老牌的一家公司,虽然在进入 SATA 时代之后,锋头被 Silicon Image 所抢去, HighPoint 也随后推出了自己的 SATA RAID 产品。这款 RocketRAID 2320 采用的是 HPT601 控制芯片,配合 88SX6081 这颗 SATA Ⅱ控制芯片,在高阶 RAID 等级中所着重的 XOR 运算可以更加快速,有助于高阶存储应用的布建。虽然没有内建专属 XOR 处理器(如 Intel IOP 88SX6081 系列或 PowerPC 处理器),但是其相对低廉的价位,以及表现不错的性能,展现了相当不错的竞争力。

    Promise SuperTrak EX8350

    经营存储适配卡市场已久的 Promise 公司,在专业存储市场上也有涉猎,这一款 SuperTrak EX8350 便是基于 Marvell 88SX6081 与 Intel IOP XOR 处理器架构的产品。 SuperTrak EX8350 内建 8 组 SATA 连接器,支持市面上常见的 RAID 等级,由于配备有 Intel IOP-333 处理器,因此也内建了 128MB 的内存,以供 XOR 运算数据作缓冲之用,系统连接接口采用 PCI Express x4 ,不过并不支持多路连接。作为高阶产品, SuperTrak EX8350 同样也支持 RAID 等级6 ,提供更为安全且弹性化的存储方式。