世界觀察：輕騎逐單于，大雪滿弓刀：華為分布式存儲的一騎絕塵

唐代詩人盧綸，有一首膾炙人口的《和張仆射塞下曲》，" 月黑雁飛高，單于夜遁逃。欲將輕騎逐，大雪滿弓刀。" 詩中的慷慨激昂，熱血炙烈，千年來讓無數(shù)國人心魂激蕩。

時代變遷，歲月遷移，今天我們所期望聽到的熱血故事或許不在現(xiàn)實世界，而是在數(shù)字山野的輕騎追逐中，在核心科技的發(fā)展競賽里。

【資料圖】

《數(shù)字中國建設(shè)整體布局規(guī)劃》中，明確提出了構(gòu)筑自立自強的數(shù)字技術(shù)創(chuàng)新體系，為關(guān)鍵核心技術(shù)突破發(fā)展指明了方向。在核心科技自立自強中，越來越多的 " 欲將輕騎逐，大雪滿弓刀 " 的故事正上演著。

5 月 24 日，在德國漢堡舉辦的 ISC 2023（國際超算大會）期間，更新了最新一期的 IO500 榜單，這是國際最權(quán)威的存儲性能排行榜。在 IO500 極為重要的 10 節(jié)點榜單中，華為 OceanStor Pacific 分布式存儲全面刷新了世界紀錄。尤其驚人的是，華為 OceanStor Pacific 的總得分超過了 13 萬分，是上屆冠軍得分的 15 倍之多。

在世界紀錄背后，在華為 OceanStor Pacific 分布式存儲霸榜背后，蘊藏著存儲鎮(zhèn)守數(shù)字經(jīng)濟大國重器的支柱意義，也蘊藏著中國存儲從跟隨走向領(lǐng)先的全球化趨勢。

一紙榜單背后，是一份對數(shù)字山河的守候，是一場輕騎絕塵的突圍。

數(shù)字時代，半壁江山

想要講清這個故事，首先需要了解一個背景：HPDA 為什么重要？以及面向 HPDA 場景的分布式存儲為什么價值非凡？

首先 HPDA 是由 HPC（High Performance Computing 高性能計算）發(fā)展而來。HPC 是一種數(shù)據(jù)分析的應(yīng)用場景。其通過聚合大量的計算和存儲單元對數(shù)據(jù)進行分析，從而解決復(fù)雜問題。從基因測序到芯片制造，從油氣勘探到航空航天，再到我們生活中的天氣預(yù)報、影視特效渲染，都離不開 HPC 作為計算底座。

總之一句話，HPC 是現(xiàn)代社會發(fā)展的計算基石。所以有人笑稱，《三體》里的外星人要想遏制人類科技，其實不用那么麻煩，不讓人類用 HPC 就行了。

隨著 HPC 性能與技術(shù)的不斷進步，人類能夠在固定時間內(nèi)分析更多數(shù)據(jù) , 與之相伴的，我們也會保存更多數(shù)據(jù)給 HPC 場景，用來挖掘數(shù)據(jù)背后的價值。

隨著相關(guān)數(shù)據(jù)量的指數(shù)級增長，HPC 領(lǐng)域逐漸認識到提升數(shù)據(jù)分析能力、革新數(shù)據(jù)分析機制的重要性。將 AI、大數(shù)據(jù)等技術(shù)分析手段與 HPC 結(jié)合，是更高效實現(xiàn)數(shù)據(jù)價值的新形式，即 HPC、AI、大數(shù)據(jù)融合而成的 HPDA（High Performance Data Analytics）。

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，2017 到 2023 年間，HPDA 類應(yīng)用的年增長速度達到了 15.4%，HPC-based AI 類應(yīng)用的年化增速更將達到 29.5%，遠高于傳統(tǒng) HPC 的 7.8%。由于 HPDA 事關(guān)國計民生，與國家的科技創(chuàng)新能力、科技自立自強水平緊密相關(guān)，HPDA 已在全球范圍內(nèi)被認為是未來科技發(fā)展的戰(zhàn)略高地，被稱為占據(jù)數(shù)字時代的半壁江山。

一項技術(shù)的快速增長，往往會給配套設(shè)施帶來挑戰(zhàn)。HPDA 的快速發(fā)展，就給存儲產(chǎn)業(yè)帶來了巨大的升級需求。隨著數(shù)據(jù)量從 PB 級向 EB 級演進，存儲成本日益增高。高性能計算量的持續(xù)增加，以及大數(shù)據(jù)、AI 能力的加入，又對海量數(shù)據(jù)的多次提取、流轉(zhuǎn)、讀寫、存儲能力提出了更高的要求。

因此面向 HPDA 的分布式存儲，正在承載越來越多的目光和聲量。有人認為，誰掌握了 HPDA 存儲，誰就能掌握尖端科研的未來。

但現(xiàn)實情況是，中國在發(fā)展適配 HPDA 場景的分布式存儲過程中，正遇到一系列問題。

比如說，中國目前仍然有 75% 的數(shù)據(jù)存納于機械硬盤之中。相對于閃存盤，機械硬盤容量密度低，數(shù)據(jù)讀取慢，能耗高，可靠性差。相對來說，閃存介質(zhì)幾乎沒有缺陷，尤其更適合 HPDA 場景這種對性能與時延異常敏感的工作負載。

在目前階段，" 磁退硅進 " 已經(jīng)成為存儲產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心趨勢。比如全國人大代表、華中科技大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院院長馮丹教授就提出，需要加快發(fā)展中國技術(shù)創(chuàng)新的，以半導(dǎo)體全閃存技術(shù)為核心的下一代存儲技術(shù)標準體系。為此，要抓住全球存儲介質(zhì)升級、存儲架構(gòu)跨代演進窗口期，盡快完善中國自身的數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)保護、安全評測等關(guān)鍵標準體系建設(shè)。

在各個企業(yè)級存儲相關(guān)領(lǐng)域中，以 HPC、HPDA 場景為代表的分布式存儲全閃存替換任務(wù)更加急迫。好在，華為分布式存儲已經(jīng)開始行動，推進面向全閃存的一系列改造。比如說，本次 IO500 霸榜的華為 OceanStor Pacific 分布式存儲，就是采用了全閃存機型。未來分布式存儲的全閃化已經(jīng)是確定性的產(chǎn)業(yè)走向，面向這個趨勢，從產(chǎn)業(yè)側(cè)到應(yīng)用側(cè)都應(yīng)該加速分布式全閃的替換進程。

一件毋庸置疑的事就是，即便前路漫長，中國分布式存儲全閃存替換是大勢所趨，發(fā)展全閃分布式存儲已經(jīng)刻不容緩。

再者，適配高性能計算的 Lustre 分布式文件系統(tǒng)已經(jīng)明顯落后。Lustre 1.0 早在 2003 年發(fā)布，隨后得到了一系列歐美 IT 企業(yè)與美國能源部的認可，逐漸形成了談起 HPC，就無法繞開 Lustre 的局面。但事實上，Lustre 在適配 HPDA 的過程中已經(jīng)展現(xiàn)出了架構(gòu)落后、磁盤碎片化問題嚴重、性能瓶頸明顯、安全能力不足等短板。

在受目前外部環(huán)境未知的干擾下，對于存儲這樣承載著科技明珠 HPDA 的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，逐漸實現(xiàn)自主可控也是當務(wù)之急。

綜合來看，占據(jù)數(shù)字時代半壁江山的 HPDA，亟需自主創(chuàng)新、實力絕群的存儲力量來加持。

十分幸運的是，它來了，伴著 " 地表最強 " 的稱號走來了。

定海神針，霸榜之路

IO500 是 HPC 領(lǐng)域最具影響力的世界級存儲排行榜，被稱為 " 存儲界的諾貝爾 "。其主要針對存儲系統(tǒng)的性能進行評測與排名，綜合考察了帶寬性能 ( GiB/s ) 和元數(shù)據(jù)性能 ( kIOP/ s ) 兩大部分。其中 10 節(jié)點榜單統(tǒng)一了計算規(guī)模，把基準性能測試的計算節(jié)點限制至 10 個，能夠更全面、更準確地反映出存儲在日常應(yīng)用中的實際表現(xiàn)，備受全球 HPDA 領(lǐng)域用戶關(guān)注。

綜合來看，IO500 在目前階段就是最具公允性與說服力的存儲性能榜單。一方面，經(jīng)過多年發(fā)展，其頒布結(jié)果和行業(yè)價值已經(jīng)得到了全球數(shù)字化產(chǎn)業(yè)的承認。另一方面，IO500 榜單的測試非常客觀、科學(xué)，其提供了嚴苛的標準化性能測試套件，確保結(jié)果可信。值得一提的是，IO500 榜單有著公允的測試人員配置與學(xué)術(shù)監(jiān)督機制，避免了不少榜單受地緣因素影響，惡意打壓他國產(chǎn)品技術(shù)等現(xiàn)象。

在這樣的存儲領(lǐng)域最高舞臺上，華為 OceanStor Pacific 分布式存儲以一騎絕塵的姿態(tài)，完美刷新了紀錄。其通過模擬不同的 I/O 應(yīng)用模型，歷經(jīng) 12 項苛刻的場景測試，整體達到了 2400 GiB/s 的帶寬與 770 萬 kIOP/ s 的元數(shù)據(jù)性能。打破 IO500 紀錄十數(shù)倍的霸榜行為背后，可以仰望到華為 OceanStor Pacific 的技術(shù)成果在業(yè)界鑄就了又一座豐碑。這座豐碑像一枚定海神針，在數(shù)字山河蕩氣回腸。

十年磨一劍，一朝試鋒芒。成功霸榜之前，華為分布式存儲已經(jīng)用了十年時間深耕細作，累積深厚技術(shù)，不斷創(chuàng)新。從這次 IO500 總覽星圖中就可以看到，從總體得分、帶寬性能、元數(shù)據(jù)性能等五個維度來看，華為 OceanStor Pacific 全面實現(xiàn)了 " 五邊形戰(zhàn)士 " 的成就，沒有一處短板，沒留下任何空缺。難怪有人說，這次 IO500 出爐，讓全球看到了華為存儲藏不住的王者實力，看到了中國存儲崛起的必然性。

快馬加鞭，實力斐然

那么我們自然有必要刨根問底，看看華為 OceanStor Pacific 究竟是如何實現(xiàn)這些成績的？

俗話說，天下武功，唯快不破，對于存儲來說也是如此，快就意味著性能優(yōu)勢，意味著提升了 HPDA 的工作效率與數(shù)據(jù)分析能力。為了追求這個快，華為采取了不斷精進的四層加速架構(gòu)，這也被稱為華為存儲獨有的 " 多維度加速 " 體系：

1. 應(yīng)用加速：面向 HPDA 為代表的數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用，華為分布式存儲業(yè)界唯一的應(yīng)用感知 DataTurbo 加速引擎，通過融合數(shù)據(jù)格式、近數(shù)據(jù)處理和特征處理算子卸載加速等技術(shù)，實現(xiàn)了 HPDA 生態(tài)應(yīng)用性能的倍增，提升了應(yīng)用處理效率。

尤其針對 HPDA 愈發(fā)密集、愈發(fā)不可或缺的大數(shù)據(jù)環(huán)節(jié)，華為統(tǒng)一了數(shù)據(jù)湖和數(shù)倉內(nèi)的文件格式，并優(yōu)化了元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新性地在存儲側(cè)為計算引擎開啟緩存能力，實現(xiàn)了效率 60 倍的提升，讓數(shù)百 PB 數(shù)據(jù)的查詢時間縮減至 10 秒。

2. 算法加速：通過獨創(chuàng)的 SmartBalance 全均衡設(shè)計，華為可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)類型和 I/O 流的智能感知，從而能夠提升 HPDA 業(yè)務(wù)混合負載的處理效率。這不僅兼顧了 CPU 算力不足或調(diào)用堆棧深度等軟件問題引起的 IOPS 瓶頸，更解決了 HPC 多流程跨系統(tǒng)的數(shù)據(jù)遷移、數(shù)據(jù)膨脹問題。

3. 網(wǎng)存加速：華為 OceanStor Pacific 通過自主創(chuàng)新的網(wǎng)絡(luò)芯片支持 RoCE，同時支持 RDMA 和 IP 的訪問能力。在同時支持帶寬、IOPS 等不同類型的業(yè)務(wù)時，可以智能調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)參數(shù)，大幅降低不同存儲節(jié)點間的數(shù)據(jù)交換時延。

4. 架構(gòu)加速：與陳舊的 Lustre 開源分布式文件系統(tǒng)架構(gòu)相比，華為分布式存儲帶來了全對稱式分布式架構(gòu)。據(jù)測評，Lustre 的非對稱設(shè)計會導(dǎo)致在 7 對 MDS 時出現(xiàn)性能瓶頸，并且網(wǎng)元部件眾多而導(dǎo)致 IO 路徑漫長。與此不同的是，華為 OceanStor Pacific 的全對稱架構(gòu)打破了元數(shù)據(jù)瓶頸，性能可以隨容量實現(xiàn)絕對的線性增長。

此外，與 Lustre 對負載的單一路徑讀寫、覆蓋寫模式不同，華為 OceanStor Pacific 采用智能 IO 路徑選擇與 Append-Only 模式，避免長時間運行導(dǎo)致的磁盤碎片化問題，實現(xiàn)動態(tài)混合 IOPS 性能提升 20%。

不僅如此，相比 Lustre 自身無冗余保護，純粹依賴底層 SAN 陣列的 RAID 保護的安全模式，華為 OceanStor Pacific 憑借軟硬一體的穩(wěn)定深度可信協(xié)同，滿足跨節(jié)點冗余保護，支持最大 4 節(jié)點故障業(yè)務(wù)不中斷。

通過四大維度的全面技術(shù)創(chuàng)新，華為實現(xiàn)了分布式存儲的 " 快馬還需一鞭 "，比想象中更快一步。這些技術(shù)創(chuàng)新點的疊加產(chǎn)生了一種化學(xué)反應(yīng)，讓華為 OceanStor Pacific 的性能遠超業(yè)界競品，做到了這樣一句武俠小說里的形容——真正的強大，是沒有對手的。

龍城飛將，家國守候

與大家想象的不同，華為分布式存儲并非遠在天邊，其所帶來的價值就在我們的城市中，就在我們的生活里，就在科技自立自強的披星戴月中。

比如說，山東的朋友應(yīng)該都對濟南超算非常了解。國家超級計算濟南中心，是科技部批準成立的千萬億次國際超級計算中心之一，目的是為打造超級計算的高性能數(shù)據(jù)分析 HPDA 平臺，從而支撐學(xué)術(shù)攻堅，賦能透明海洋、類腦計劃、基因組學(xué)、人工智能、新藥創(chuàng)新等領(lǐng)域的大科學(xué)計劃、大科學(xué)工程的實施。

這樣一個重要的平臺，在存儲資源搭建過程中卻也遇到了一系列問題。比如說以文件存儲為主的 HPC 平臺、AI 平臺，與以對象存儲為主的云平臺，存在嚴重的數(shù)據(jù)孤島，最大的難題是不同平臺間的數(shù)據(jù)流動。并且，存儲資源的相互搶占，會導(dǎo)致原本充沛的算力無法發(fā)揮，整體系統(tǒng)效率不高。

峰回路轉(zhuǎn)，華為 OceanStor Pacific 分布式存儲有效地解決了這些問題。通過結(jié)合數(shù)據(jù)流動軟件，華為分布式存儲幫助濟南超算打造了超算領(lǐng)域首個最大規(guī)模的數(shù)據(jù)流動平臺，其可支持打通數(shù)據(jù)流動，促進數(shù)據(jù)跨域創(chuàng)新，助力濟南超算中心打造數(shù)據(jù)密集型超算。在我們?yōu)闈铣恪⒅袊阕院罆r，似乎也應(yīng)該記得軍功章有華為 OceanStor Pacific 的一份。

華西醫(yī)院，是四川朋友非常了解的一家醫(yī)療機構(gòu)。除了強大的醫(yī)療能力，華西還肩負著科研探索、引領(lǐng)西南地區(qū)生物醫(yī)藥事業(yè)發(fā)展的重任。其中，華西生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)中心是華西醫(yī)院的健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)研究與應(yīng)用開放共享平臺，其推進的大規(guī)模全基因組分析，以及臨床成果轉(zhuǎn)化，是華西生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)中心的重要探索方向。

想要滿足華西在基因領(lǐng)域的數(shù)據(jù)存用，也有著一系列挑戰(zhàn)。基因測序產(chǎn)生的數(shù)據(jù)容量普遍達到了 TB 級別，對數(shù)據(jù)存儲提出了挑戰(zhàn)。華為 OceanStor Pacific 分布式存儲，為華西醫(yī)院提供了更高性能的存儲底座，實現(xiàn)了 200 倍存儲性能提升，全基因組分析流程時間從傳統(tǒng)的 24 小時縮短到了 7 分鐘。

都說 21 世紀是基因的世紀，在認識我們自己前，首先需要妥善的存儲作為探秘基因工程的起點，華為 OceanStor Pacific 分布式存儲再次守護成功。

由此不難看出，華為 OceanStor Pacific 既是數(shù)字中國的守護者，也是數(shù)字中國的加速器。它默默守護著科技創(chuàng)新、前沿探索，幫助每一座城市在超算的時代里熠熠生輝。

目前階段，華為分布式存儲在歐洲、中東、拉美和亞太的關(guān)鍵業(yè)務(wù)場景均實現(xiàn)了大規(guī)模突破，達到了 2022 年全球二級存儲收入排名第二的成績，在總份額中占比 25%，并保持著 18% 的增速。從國內(nèi)來看，華為分布式存儲連續(xù)六年市場第一，占比高達 48.2%，同時在海外，華為分布式存儲也受到廣泛認可，份額達到 25%，在文件與對象存儲上的收入增速高達 50.8%。

未來，我們應(yīng)該會看到華為存儲出現(xiàn)在更多的榜單上，欲將輕騎逐，大雪滿弓刀，越來越多的數(shù)據(jù)中心、實驗室、工廠、農(nóng)田里，將上演以存儲定未來的故事。

尤其在這個時代，華為 OceanStor Pacific 折桂 IO500 還有一重獨特的意味。這重意味，可以用一句邊塞詩來表達：但使龍城飛將在，不教胡馬度陰山。