高性能串行總線架構(gòu)

   倍受關(guān)注的高清制作、分發(fā)和播出正在對視頻服務(wù)器市場提出其他的變革挑戰(zhàn)。幾年前，重點集中在HD編碼方式及如何橋接現(xiàn)有系統(tǒng)內(nèi)的組件來支持轉(zhuǎn)換。由于推斷錄像帶不再符合HD的要求，因此當(dāng)務(wù)之急是解決磁盤上的文件需要一套能滿足存儲容量海量增長和高帶寬需求的解決方案的問題。無論服務(wù)器是非線性編輯平臺或擔(dān)當(dāng)重要任務(wù)的播出系統(tǒng)—現(xiàn)在存儲和系統(tǒng)吞吐量必須提升若干等級，以實現(xiàn)從磁盤向解碼器和處理器遷移素材。

一．系統(tǒng)擴(kuò)容

  服務(wù)器和磁盤陣列廠商都穩(wěn)步轉(zhuǎn)向可提供適當(dāng)?shù)幕旌贤掏履芰蛢Υ婺芰Φ募軜?gòu)，以滿足用戶需求。磁盤驅(qū)動器已獲得這些能力，并且其數(shù)據(jù)率支持新努力，但它們本身力不從心。該系統(tǒng)必須擴(kuò)容以支持背板系統(tǒng)和陣列機(jī)架內(nèi)的互聯(lián)方案，以及存儲器和服務(wù)器之間那些網(wǎng)絡(luò)接口。必須考慮提供足夠的能力允許多組超過200Mb/s的數(shù)據(jù)在子系統(tǒng)之間順暢地傳輸。
  因此，視頻和媒體服務(wù)器平臺制造商再次著眼于把公認(rèn)的以網(wǎng)絡(luò)為中心的架構(gòu)作為其面臨問題的解決方案。我們已經(jīng)看到了串行驅(qū)動器技術(shù)的發(fā)展，因此，現(xiàn)在采用另一種總線技術(shù)，（仍然是串行模式）作為解決方案是明智的。不算全新的InfiniBand技術(shù)（出現(xiàn)于1999年年底，2001年上市）正在滿足大數(shù)據(jù)存儲器的海量存儲需求方面得寵，特別是對于交易數(shù)據(jù)和媒體。
  InfiniBand既是一種架構(gòu)又是一項存儲I/O設(shè)備和處理器之間數(shù)據(jù)流的規(guī)范。它的應(yīng)用不僅僅限于存儲和服務(wù)器，還可以作為內(nèi)部總線，最終取代用于PC和服務(wù)器等的現(xiàn)有的外圍組件互連共享總線方式。存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換(如計算機(jī)或服務(wù)器內(nèi)部總線)面臨著類似的問題，即內(nèi)部元件之間的數(shù)據(jù)流量已增至現(xiàn)有總線系統(tǒng)成為瓶頸的程度。內(nèi)部總線系統(tǒng)通常在被稱為“底板總線”的數(shù)據(jù)路徑并行發(fā)送數(shù)據(jù)，通常每次32b，最近的系統(tǒng)則是64b。數(shù)據(jù)流必須不斷加以調(diào)節(jié)和計時，以便所有比特同時精確到達(dá)。把多組數(shù)據(jù)呼叫置于同一條總線產(chǎn)生等待周期、重新計時和大規(guī)模流量問題。
進(jìn)入InfiniBand?
  數(shù)據(jù)路徑變成更高帶寬和數(shù)據(jù)流的比特串行總線。這種方案不同于20世紀(jì)80年代的D1和D2數(shù)字視頻所帶來的那些變革。為了成功傳輸數(shù)字視頻，必須從8b并行結(jié)構(gòu)和互連（在25針sub-D型連接器上使用12.5對的電纜）轉(zhuǎn)向同軸電纜傳輸串行數(shù)字視頻。這項技術(shù)最終允許用串行而不是并行方法傳輸比特串行數(shù)據(jù)流，實現(xiàn)超過3Gb/s的碼率。這些原則在某種程度上在InfiniBand上實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，但這里描述類似的那部分。
  InfiniBand的運作很像基于包的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其串行總線在（或使用）一個復(fù)用信號上同時承載多條數(shù)據(jù)通道。此外，InfiniBand可以被描述為一種I/O網(wǎng)絡(luò)，此網(wǎng)絡(luò)視總線本身為一種交換，理由是它包含控制信息，可被用于根據(jù)其目的地址決定信息的路由。這種做法允許網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點采用星形形式，這種形式強調(diào)對主機(jī)和存儲設(shè)備等更廣的聯(lián)系范圍。
  對于存儲系統(tǒng)，這種方案允許系統(tǒng)執(zhí)行多次讀和/或?qū)懀槐氐却龜?shù)據(jù)適應(yīng)下來或運行速度慢下來，就像在并行總線結(jié)構(gòu)上一樣。把總線看作必須穿過沒有紅綠燈的十字路口的一條八車道高速公路。每輛車（即數(shù)據(jù)包）嘗試通過該十字路口，卻受到阻礙，因為一輛或多輛車與另一輛試圖越過十字路口的車有可能相碰撞。每輛車都必須放慢速度擁擠著從車輛之間的縫隙穿過。如果所有車輛一輛接一輛，以同樣地間隔和規(guī)定的速度運行，每一輛車通過交叉口的機(jī)會大增，現(xiàn)在可以每小時55英里的速度安全通過交叉口。隨著通過該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量的增加，串行傳輸數(shù)據(jù)的能力和過時的并行方式相比增加了許多倍。這正是串行技術(shù)正在各類電子產(chǎn)品中大行其道的原因。
 

二．InfiniBand更多的優(yōu)點

  InfiniBand的另一個優(yōu)點是它采用經(jīng)由IP v6的128b地址解析方案。這允許幾乎無限量的設(shè)備擴(kuò)充，并導(dǎo)致多套磁盤驅(qū)動器運行在單總線架構(gòu)上。這樣一來有更高的性能和更大的帶寬，實現(xiàn)更快速地向外圍系統(tǒng)傳輸。
  InfiniBand支持多個存儲區(qū)，存儲設(shè)備（磁盤、陣列、固態(tài)存儲器）和處理器（服務(wù)器、主機(jī)和媒體端口）都可以解析每個存儲區(qū)地址。如上所描述的交叉口的例子，InfiniBand支持?jǐn)?shù)據(jù)以數(shù)據(jù)包傳輸，形成所謂的“消息”通信。消息傳輸可能采用幾種形式。可能是遠(yuǎn)程直接存儲訪問讀或?qū)懖僮鳌㈩l道發(fā)送或接收消息、可逆的基于交易的操作，甚至是多播傳輸。這為許多全部采用相同串行結(jié)構(gòu)的應(yīng)用打開大門。
與主機(jī)應(yīng)用類似，傳輸始于和結(jié)束于通道適配器。在該系統(tǒng)中，每個處理器（即服務(wù)器）采用一組主通道適配器，每個外圍設(shè)備（即存儲系統(tǒng)）有一個目標(biāo)通道適配器，類似光纖通道中的概念。當(dāng)通信開始，這些成對的適配器交換信息，建立消息路由，為數(shù)據(jù)流開辟通道，并確保安全和服務(wù)質(zhì)量水平兩者都得到滿足。
  新型功能強大的多核CPU、刀片架構(gòu)、服務(wù)器虛擬化的出現(xiàn)進(jìn)一步增加了對存儲器以及降低功耗的需求。這些因素不斷增加I/O解決方案的需求。InfiniBand提供與60Gb/s交換機(jī)對交換機(jī)的20Gb/s主連接，有1μs的端對端的精確延遲。InfiniBand更進(jìn)一步方便冗余，具有完全冗余I/O結(jié)構(gòu)、自動路徑故障切換和鏈路層多重路徑技術(shù)，支持最高水平可用性。
  在媒體和存儲域，目前一些大型近線和在線應(yīng)用的大型存儲系統(tǒng)專業(yè)制造商采用InfiniBand。該架構(gòu)在驅(qū)動器陣列中用作其底板，而且還用于多組離散數(shù)據(jù)存儲之間的互連方案。InfiniBand是使用數(shù)百個獨立驅(qū)動器的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的首選高性能架構(gòu)，在高性能和海量存儲方面都得到好評。