SK海力士如何在eSSD领域应用虚拟化技术

挑战传统，打破限制，勇攀高峰，打破常规者们在寻求开创性解决方案的过程中重塑规则。继SK海力士品牌短片《谁是打破常规者》播出后，将推出一系列文章，展示公司在重塑技术、重新定义行业标准方面采取的各种“打破常规”的创新举措。本系列第五篇文章将深入探讨企业如何将虚拟化技术应用于企业级固态硬盘（eSSD），并对此进行全面详尽地阐述。

当今时代，人们不难察觉，在观看流媒体电影时，即便是在高峰时段登录，用户依然会感到自己仿佛是唯一一个在使用该服务的人。这种现象在一定程度上得益于虚拟化技术1的卓越表现，该技术在实现流媒体平台等基于云服务的稳定性能方面，发挥着至关重要的作用。

1虚拟化技术：一种通过软件将一台物理机的硬件资源（如服务器或网络）划分到多台虚拟机的技术。每台虚拟机均可独立运行其操作系统，尽管共享同一物理硬件，但仍能像独立系统一样运行。

然而，近年来，随着对云系统需求的持续攀升，提供此类服务的企业在确保质量一致性方面面临着愈加严峻的挑战。此外，人工智能时代的到来更是为云环境增添了层层复杂性。在这一系列变革中，人们逐渐将目光投向虚拟化技术的发展，并积极探索其在服务器系统及企业级固态硬盘（eSSDs）2中的应用，以更有效地满足客户日益多样化的需求。SK海力士在这方面始终处于行业前沿，将其卓越的虚拟化技术融入到eSSD产品线中，为用户提供了对应的解决方案。

2企业级固态硬盘(eSSD)：专为数据中心和云存储等企业应用设计的高性能存储驱动器。

本系列第五篇文章将重点介绍SK海力士如何在SSD市场中后来居上，超越竞争对手，以及如何在eSSD领域应用虚拟化技术。

尽管SK海力士在固态硬盘（SSD）市场上属于后来者，但它如何在企业级固态硬盘（eSSD）层面运用虚拟化技术从而超越竞争对手。

使命：在数据爆炸的时代,

不断优化eSSD的性能

在过去十年中，云服务的应用已扩展至文件存储、银行业乃至国防等多个领域。在线服务的激增以及近期人工智能热潮进一步推动了云环境的发展。随着越来越多用户访问各类云资源，数据爆炸现象愈发明显，同时也显著增加了数据中心面临瓶颈的风险。因此，对提升整体系统性能的需求日益迫切，包括优化和扩大虚拟化技术的应用范围。

虚拟化技术的起源可以追溯到20世纪60年代末期，在云计算数据中心的发展过程中，它发挥了至关重要的作用。通过使用多租户3系统，可以在单一物理机器上高效运行，虚拟化相较于传统的单租户4环境，显著提升了硬件资源的利用效率。

3多租户：一种软件架构，其中应用程序或软件的单个实例可为多个用户提供服务，同时每个租户的数据保持独立。

4单租户：一种软件架构，一个应用程序或软件的单个实例只服务于一个用户。

通过虚拟化，可以在多租户环境中更有效地利用计算资源

在以往，虚拟化技术主要集中于服务器等主机系统的应用。而如今，eSSD也亟需虚拟化的支持，以便高效存储和检索多个虚拟机的数据。此外，随着越来越多的任务从主机系统中卸载，eSSD必须提供卓越的性能、安全性以及服务质量（QoS）5。为满足这一日益增长的需求，SK海力士期望通过最先进的虚拟化技术来优化其 eSSD 产品线。然而，作为SSD市场的新兴参与者，公司面临诸多挑战，包括缺乏能够支持输入/输出（I/O）虚拟化6的测试环境。

5服务质量(QoS，Quality of service)：对于SSD，QoS是指在为读/写工作负载提供服务时延迟和输入/输出（I/O）性能的一致性和可预测性。

6输入/输出(I/O)虚拟化：通过管理虚拟环境和物理硬件之间的数据流，允许多台虚拟机有效共享 I/O 设备的技术，如 SSD。

SK海力士的使命在于，在该领域经验尚显不足的情况下，提升eSSD的性能；同时借助其广泛积累的SSD专业知识，研发出具有颠覆性虚拟化技术的新产品。

利用cSSD的专业知识，

灵活地将虚拟化技术应用于eSSD

为了开发出支持一流虚拟化技术的eSSD产品，SK海力士对传统SSD的研发方法进行了颠覆性的变革。尽管eSSD团队与消费级固态硬盘（cSSD）7团队此前各自独立运作，但在eSSD的开发过程中，他们却展开了紧密的合作。对于cSSD团队而言，其核心优势在于实现卓越的功耗效率，而eSSD团队则拥有在性能稳定性和优化方面深厚的专业知识。通过基于共同架构所进行的协同努力，这两个团队得以充分发挥各自专长，从而确保了顶尖技术能力的完美融合。

7消费级固态硬盘(cSSDs)：专为 PC、平板电脑和笔记本电脑等消费设备设计的存储设备。

SK海力士开发出具备领先虚拟化技术的eSSD，以帮助解决数据中心的瓶颈问题

这些技术发展覆盖了确保领先的I/O虚拟化技术和增强PCIe8多物理功能，此项创新显著降低了虚拟机管理程序9的开销。引入ATS功能也同样是关键，因为它通过卸载地址转换服务10（管理程序瓶颈的主要原因）极大地提升了系统性能，有效缓解了整个架构中的瓶颈。此外，cSSD中已经建立的低功耗特性，如优化后的节流11性能，也为功耗效率带来了显著提升。

8PCIe (Peripheral Component Interconnect express)：用于数字设备主板上串行结构的高速输入/输出接口

9虚拟机管理程序(Hypervisor)：虚拟机管理程序也称为虚拟机监视器(VMM)，它根据需要将CPU和内存等物理计算资源分配给各个虚拟机，支持硬件的最佳使用。

10地址转换服务(ATS，Address Translation Service)：一种常用于基于硬件的虚拟化机制，允许PCIe存储设备通过输入/输出内存管理单元(IOMMU)请求内存地址转换。ATS通过使设备能够缓存地址转换信息，以提高性能，并减少与内存访问相关的延迟。

11节流(Throttling)：当SSD达到特定温度阈值时，主动降低其性能，通常是为了防止过热和损坏驱动器。

除了eSSD和cSSD团队之外，其他各个团队也积极投身于项目之中，共同协作以解决面临的问题。尽管SK海力士在支持I/O虚拟化的测试环境方面存在不足，但公司通过组建一个由设计、验证及固件团队构成的专门工作小组，成功克服了这一挑战。该工作小组汇聚了来自不同领域的必要资源与专业知识，使得他们能够迅速搭建起合适的测试环境。

有了此类资源共享，SK海力士快速适应了开发过程中的各种变化。公司专注于灵活的架构设计，通过与美国子公司Solidigm的紧密合作，拓宽客户沟通渠道，敏捷地响应开发方向和客户需求。这种密切联系使得SK海力士能够为每个客户提供量身定制的解决方案。

通过这种协作、灵活且定制化的方法，SK海力士得以开发出领先的I/O虚拟化技术，从而支持稳定的多租户环境。这意味着，例如在流媒体播放电影时，一个用户的观影体验不会因另一个用户正在下载影片而受到丝毫影响。

支持虚拟化与多租户架构：

SK海力士为当今数据中心量身打造的eSSD产品系列

通过采用差异化的开发策略，SK海力士成功推出了其旗舰级eSSD产品，如配备先进I/O虚拟化技术的PE9010和PEB110。这些卓越的产品不仅满足了数据中心企业及云服务提供商对性能、安全性与服务质量（QoS）的严格要求，更因其低功耗特性，有效降低了数据中心的冷却成本。

公司的高性能eSSD产品系列可满足数据中心对功耗、安全性和QoS的要求

现阶段，公司的eSSD已成功实现商业化，目前正被全球领先的技术公司在云平台上广泛应用。这些客户借助SK海力士的虚拟化技术，能够提供性能稳定且一致的独立服务，这一特性是多租户系统中至关重要的一环。值得强调的是，通过将部分虚拟化开销有效转移至设备端，这些客户无需额外扩展系统，即可为用户提供卓越而高质量的服务。

除了提供产品外，SK海力士还积极与客户进行深入沟通，致力于提供超单一SSD选项的综合解决方案，以满足他们在整个系统层面的需求。此外，SK海力士始终将对各种情况做出最高级别的有效应对作为优先考量。因此，尽管SK海力士在SSD市场上起步较晚，但如今客户已将其视为值得信赖且不可或缺的合作伙伴。公司将继续保持与客户之间的紧密联系，确保固件具备灵活性，即便在产品开发完成之后，也会积极响应并满足客户不断变化的需求。

打破常规者专访：

SSD设计部，郑玑朝TL

为了进一步了解公司在虚拟化方面的突破性思维，本文采访了SSD设计部的郑玑朝TL，郑玑朝TL带领团队负责控制器12的设计工作，他详细阐述了团队在开发eSSD过程中所面临的诸多挑战，以及公司所采取的独具特色的发展策略。

12控制器：固态硬盘（SSD）控制器是SSD的中央处理器，负责管理所有操作，包括数据读写、错误修正、闪存管理以及性能优化。

Q在开发 eSSD 时，您觉得都面临了哪些挑战？

A“第一个eSSD产品的开发过程可谓艰辛无比，主要因为在控制器设计阶段缺乏支持I/O虚拟化的测试环境。因此，我们面临着在紧迫时间内完成产品开发的巨大挑战。然而，通过与包括设计、验证及固件等各相关部门进行早期深入合作，我们成功地克服了这一难关。

另一个主要挑战在于，即便控制器开发已然完成，新的客户需求仍可能随时出现。为应对这一难题，我们采取了多种策略，包括对固件进行调整，以确保实现最佳效果。

这一过程令我深刻领悟到，不同成员与部门之间的协作所产生的协同效应，远比我们想象中更为强大。”

Q在开发 eSSD 时，您的团队是如何展现打破常规的心态的？

A“在开发eSSD的过程中，我们采取了一种创新的开发策略，选择了一条鲜有人涉足的道路。我们确保能够灵活而迅速地洞察客户需求，并通过调整固件来有效满足这些需求。

此外，我们也不拘泥于通常对eSSD和cSSD的刻板印象。我们同时具备两种固态硬盘领域的专业知识，因此我们致力于这两者的有机融合，公正地制定出切实可行的解决方案，以灵活运用任一技术来满足客户的多样化需求。

通过充分发挥全公司的专业智慧，并采取灵活多变的方法，我们对 eSSD 的概念进行了重新构思，并将其提升至一个崭新的高度。”