隨著AI算力的飛速提升，存儲處理的是以Token（中文名“詞元”）為單位的高頻數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中心需要高并發(fā)、低延遲計算能力。

存儲接口選擇成為服務(wù)器的焦點：
NVMe能否憑借PCIe高帶寬的優(yōu)勢取代SATA成為行業(yè)的新統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)？

圖為機械盤與電子盤性能發(fā)展趨勢與比對
*上述直方圖由行業(yè)平均統(tǒng)計值繪制

一、被簡化的判斷：SATA與NVMe長期共存并承擔(dān)差異化角色
隨著企業(yè)級存儲接口從SCSI/SAS向PCIe/U.2/U.3及EDSFF演進，NVMe逐步成為高性能場景的主流選擇。

SCSI接口、SAS接口、U.2接口、E1.s接口

圖為企業(yè)級存儲接口變化

環(huán)境部署：多協(xié)議下的RAID1方案
在實際企業(yè)級環(huán)境中，長期呈現(xiàn)多協(xié)議共存的格局：
·配置2塊U.2/M.2的NVMe直通原生RAID1，側(cè)重性能與響應(yīng)能力。
·配置2塊規(guī)格相同的SATA盤的RAID1，更強調(diào)穩(wěn)定性與兼容性。

多接口、多協(xié)議并存提升系統(tǒng)運維復(fù)雜度
SATA/AHCI協(xié)議設(shè)計為單命令隊列，隊列深度為32，而NVMe協(xié)議支持高達(dá)64K個隊列，每個隊列深度可達(dá)64K，高度并行的架構(gòu)差異使得設(shè)備管理、監(jiān)控與生命周期管理難以統(tǒng)一。

圖為AHCI架構(gòu)下的多核IO競爭模型和
NVMe的并行、無鎖架構(gòu)模型

二、被忽略的變量：企業(yè)級存儲的真實運行環(huán)境
在AI服務(wù)器與數(shù)據(jù)中心場景下，存儲系統(tǒng)呈現(xiàn)明顯的混合架構(gòu)特征：
·NVMe：承載高并發(fā)、高吞吐的核心業(yè)務(wù)與熱點數(shù)據(jù)訪問，優(yōu)勢在于低延遲、高IOPS，滿足性能敏感型業(yè)務(wù)需求；
·SATA：承載冷數(shù)據(jù)、歸檔數(shù)據(jù)及大容量存儲場景，優(yōu)勢在于單盤容量大、單位成本低，優(yōu)化整體TCO；

變量一：生態(tài)與兼容性,升級以“增量演進”為主
受服務(wù)器與存儲設(shè)備3–5年生命周期影響，存量系統(tǒng)仍以SATA/SAS為主，
新一代平臺逐步導(dǎo)入NVMe，不同代際設(shè)備長期共存。場景區(qū)別如下:
· AI數(shù)據(jù)中心要求存儲IO性能越快越好，靜態(tài)數(shù)據(jù)耐久性要求次之；
· 而市政數(shù)據(jù)中心要求存儲IO性能夠用就好，靜態(tài)數(shù)據(jù)的耐久性要求較高

變量二：兼容方案受限
多協(xié)議兼容依賴橋接或協(xié)議轉(zhuǎn)換，易引入數(shù)十微秒延遲；全面替換NVMe涉及軟硬件整體升級，遷移成本較高。

圖為三種存儲接口在4KB隨機讀場景下的延遲性能

三、被重構(gòu)的路徑：雙模主控成為新解法
以U.2接口為例，其由SATA-e演進而來，可兼容SATA/SAS并支持PCIe通道，具備多協(xié)議物理基礎(chǔ)，雙模主控在芯片層完成多協(xié)議兼容，使接口層的兼容能力在系統(tǒng)內(nèi)部得到更有效的承接。

圖為連接器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

四、雙模主控的核心技術(shù)實現(xiàn)：
SATA III & PCIe 3.0 組合式 企業(yè)級自研主控H3361

圖為H3361企業(yè)級自研主控架構(gòu)

·協(xié)議：支持SATA 3.0與NVMe 1.3（PCIe 3.0×2）協(xié)議，通過復(fù)用同一PHY接口，并在中間處理層與后端NAND層實現(xiàn)資源共享，復(fù)用同一套PCB設(shè)計，通過板級選擇支持SATA模式和NVMe模式，兼顧兼容性、功耗與性能。
·形態(tài)：可應(yīng)用于M.2或U.3形態(tài)SSD，也可分別作為SATA或NVMe主控獨立使用。

前端接口層：多協(xié)議接入與切換
·雙通道協(xié)議
SATA通道、NVMe通道
·模式切換
通過板級跳線和固件配合選擇支持兩種不同模式

中間處理層：統(tǒng)一調(diào)度與資源管理
·多核CPU(RISC-V）
統(tǒng)一處理SATA/NVMe命令解析、調(diào)度。
·共享FTL
一套閃存轉(zhuǎn)換層，共享磨損均衡、GC、壞塊管理等，適配兩種協(xié)議LBA映射。
·緩存管理
OCB/DRAM緩存共用，提升讀寫一致性。

后端NAND層：存儲資源復(fù)用
·閃存通道（4通道）
ECC引擎、通道級RAID、NAND PHY雙模共用，最大化硬件利用率。

五、雙模主控帶來的系統(tǒng)級價值
·適配多場景與多代際平臺部署需求
·降低系統(tǒng)復(fù)雜度，支持平滑升級路徑
·優(yōu)化成本與能效結(jié)構(gòu)

在數(shù)據(jù)中心場景，雙模主控通過芯片層的協(xié)議兼容，將多協(xié)議共存轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)內(nèi)可調(diào)度、可管理的能力，在保障既有系統(tǒng)兼容性的同時，支撐高效的詞元（Token）數(shù)據(jù)處理，成為AI時代存儲接口演進的重要變量。

審核編輯 黃宇