在這個數字轉型的時代,媒體領域發生了許多變化,制作設施面臨著是否走向IP的決策,同時還要努力確定UHD-TV1(4K)及以上內容制作的影響。
2019年消費電子展表明4K電視作為硬件已經基本普及,4K市場已趨近成熟,同時明確地將8K(UHD-TV2)視為未來電視顯示屏的下一個巨變。當然,伴隨8K到來的是創作和分發這些內容的要求,而隨著這個循環的持續,在如何有效地管理基礎設施所需的更改方面會發生重大的變化。
顯然,制作這些新內容所需要的數據量不會變小。此外,制作8K優質內容的需求,可能意味著以高動態范圍(HDR)拍攝,而且分辨率至少要達到4K,才能實現更大屏幕的價值,這將在相當長一段時間內依賴分辨率提升器。

圖1 電視和數字電影的相對圖像大小,包括UHDTV1和UHDTV2的全帶寬有效載荷。當以4:2:2或更大的顏色采樣制作HDR時,數據率將增加。
多向擴展性
在過去十年中,與SaaS、AI、VR、社交媒體和圖像分辨率相關的應用要求系統在多個維度擴展。峰值需求不斷變化,迫使數據集及其管理出現前所未有的增長。為處理這些新的數據密集型工作量,要求相稱的新框架,這是傳統解決方案集所無法實現的。
系統資源現在正在被分離,允許它們獨立地擴展并轉換為服務,而不是以前對待它們的方式。那些依賴于“共享存儲”模式的人正在發現,存在I/O(輸入/輸出)性能不足且延遲過大(即吞吐量邊界),難以滿足新要求的情況,網絡接口和服務器以及存儲器也有同樣的情況。
基于閃存的設計從問世到現在已經過去了20多年,在串行數據I/O和傳輸方面達到了一個峰值。簡單地用SSD取代硬盤驅動器,然后在傳統的SAS(串行連接SCSI)或SATA(串行ATA)接口上微調性能,已不再有效。
當前,最新的技術是非易失性存儲器主機控制器接口規范(NVMe),這是一個可擴展的主機控制器接口,與存儲協議耦合,加速客戶端和/或企業系統之間的數據傳輸,這些系統使用基于高速PCIe(高速串行計算機擴展總線標準)的固態硬盤(SSD)。
命令和隊列
至少有兩個主要因素影響SSD性能——命令和隊列。傳統的SATA設備通常在一個隊列中最多支持32個命令;SAS設備在一個隊列中最多支持256個命令。下面簡要介紹這兩種結構的工作原理:
根據預期的工作量和系統配置,主機軟件將根據控制器支持的最大值,建立“隊列”(可用位或插槽)。通常,這是由核心處理器控制的,并且在數量上受到限制,以避免鎖定,并確保根據核心處理器的緩存無障礙地創建數據結構。
一個循環緩沖區,即具有固定插槽大小的提交隊列(SQ),被主機用來提交控制器執行的“命令”。每個SQ條目都是一個命令。完成隊列(CQ)是另一個具有固定插槽大小的循環緩沖區,用于公布完成命令的狀態。隊列的數量因應用而異——企業應用隊列數從16到128,而客戶端隊列數量僅為2到8個。兩者的塊大小都是4kB(采用NVMe協議4kB以上)。
換道和千兆傳輸
考慮到各種各樣的接口機會以及進出連接到總線的設備的I/O的相互依賴,了解PCIe解決方案集的真正含義可能很復雜。計算PCIe帶寬可能更具挑戰性,特別是在出現像千兆傳輸(GT/s)這樣與速率和速度(如GHz)互換的新術語時。我們將從更簡單的角度提供一些關于PCIe演化的介紹性信息,而不是查看每代PCIe的詳細信息。
使用PCIe連接的平臺不斷增加,從第1代(24通道)到第2代(36通道,帶寬增加了一倍),到第3代的每通道1GBps的I/O性能。
通道是一種數據傳輸鏈路,它由兩對線組成——一對用于傳輸,一對用于接收。消費PCIe插槽可以是1、4、8或16通道。數據包以每周期1比特的速度穿過通道。1個鏈路(一個通道)每個方向每周期傳輸1比特(因此每個方向兩條線乘以2)。雙鏈路(兩個通道)使用8條線,每個方向(每周期)同時傳輸2比特。隨著PCIe迭代,這些數量不斷增加。
作為PCIe一代和二代采用8b/10b編碼,導致20%的性能開銷。編碼將8位數據集轉換為10位字符集,因此每個通道250MBps帶寬只能傳輸200MBps。當使用來自千兆字節帶寬數中的千兆傳輸參數時,這些數字有一個不均勻的變化,這在一個圖表中被很好地呈現,反映編碼、傳輸和速度的關系,用于比較(圖2)。

支持第2代的SSD有八通道,在3GBps上傳輸;第三代接口的速度提高一倍,單個設備的速度達到6Gbps。編碼現在是128b/130b,導致僅1.5%的開銷。延遲也降低了,而且還可以直接連接到芯片組或CPU。
還不止于此
AMD在2019年CES上宣布,它將是第一個在企業或桌面(客戶端)級別支持PCIe 4.0的公司。具有諷刺意味的是,在今年5月,PCIe 5.0規范(提供的帶寬是PCIe 3.0的4倍)甚至在第4代(PCIe 4.0)發布之前就已經發布了。
這能走多遠?為什么當第五代基本上具有100GbE(千兆以太網)連接的帶寬(相當于每秒大約63GB,16倍速)時,還要繼續發展?當然,家庭用戶不需要這些值,甚至企業用戶也可能質疑這一命題,特別是考慮到他們連接的SSD的限制和交換設備的成本(不管成本不斷降低)。
這些數據速率指數增長的一個演進場景是“始終開機”(相對于“始終聯網”)的計算平臺級場景,這種場景正悄然成形,由于電池壽命的預期,“始終開機”模式似乎在競爭中處于領先地位。對于媒體和娛樂業,例如那些慣常創作UHD/4K內容的機構,存儲刷新現在可以占用更少的空間,耗電和冷卻要求更低,并比以前的存儲解決方案集提高了數倍的性能。
新興的協議
當前的存儲系統的發展基于最新的NVMe協議。將NVMe與多核處理器結合使用有助于消除單獨的傳統接口所遇到的瓶頸。NVMe為高速訪問存儲媒體帶來了高度可擴展的新功能,這反過來又為包括媒體、視頻制作和后期制作在內的數據驅動市場帶來了更大的增長。
當你處于更新模式或考慮轉到UHD制作時,可看看包含NVMe的存儲解決方案,特別是那些再利用現有SSD(你可能已經擁有)的存儲解決方案。