超融合——从超融合到私有云

刘泽晶刘忠腾新型基础设施建设 2022-07-03

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一、IT基础架构升级演进，超融合是最佳解决方案

IT基础架构技术升级路线经历传统B/S架构、云计算架构、超融合架构，IT基础架构沿着虚拟化与融合的方向不断升级。2006年以前市场上主流的IT基础架构以B/S架构主，随着虚拟化技术的发展出现了云计算架构，2016年随着融合技术的发展，超融合架构作为一种新型的IT基础架构形式出现。
超融合基础架构(HCI)是一种集成了虚拟计算资源和存储设备的信息基础架构。在这样的架构环境中，同一套单元设备中不但具备了计算、网络、存储和服务器虚拟化等资源和技术，而且多套单元设备可以通过网络聚合起来，实现模块化的无缝横向扩展，形成统一的资源池。

从融合程度的视角，超融合架构是对基于传统架构和融合架构的改进。相对于传统 I T 架构中，计算、存储、网络资源相对独立的模式，融合架构实现了系统预先整合与快速部署，计算、存储、网络资源进行集成化部署。超融合架构在融合架构的基础上更进了一步，实现了简化架构和积木堆叠扩散的功能。

二、相比传统架构，超融合成本和性能优势明显
传统IT 基础架构面临无法解决的问题：随着计算机技术的快速发展和业务需求多样性的增长，传统的 IT 架构面临着在现有架构中无法解决的问题：1）包括整体周期长、成本高。 2 ）架构复杂，兼容性问题突出。 3）遭遇 I /O 瓶颈。

超融合架构在成本、性能方面具备明显优势，有效解决传统架构存在的问题：随着 CPU 虚拟化技术的提升，高速网络、闪存、软件定义储存等技术的发展，以及分布式储存软件的普及，超融合架构也迎来了快速的发展。与传统 IT 架构相比，超融合架构在成本、运维以及性能上优势明显。
1）、超融合架构带来更低的整体成本投入。由于超融合系统无需专用的 SAN储存及 SAN 存储设备，也无需大量的 HDD 硬盘来堆叠出所需要 I/O 性能，因此在同样的性能要求下，超融合产品一般只需要传统架构的 60% 硬件设备；超融合系统实时快捷，时间成本和人力成本相对于传统存储节省 80% 左右；运维成本上，相对于传统架构的运维成本可以降低 80% 以上。另外，在相同的业务要求下，超融合架构需要更少的硬件，超融合一体机服务器可以做到高密度整合、模块化配置，大幅节约机柜占用空间，电能节省最高可达 40% 。

2）、更简单的建设和运维。超融合精简了传统 IT 系统的三层架构，采用标准服务器高速互联，即可同时实现计算、存储网络、存储设备的功能，不仅大幅降低了设备使用量，同时使 IT 系统的建设运维简单了许多。在实施部署上，超融合系统采用一体化甚至自动化安装的方式，只需数小时即可完成。
3）、更具有弹性的 IT 基础设施。横向扩展性是超融合框架的最大优势之一，得益于超融合集群弹性架构设计。当资源不足或性能不够时只需增加相应的超融合节点即可相应增加计算资源和储蓄资源，满足业务扩展性的需求。扩展过程时间短且无需停机，也不会影响业务的连续性，当完成存储资源扩容后系统会自动进行容量均衡，这种数据全打散的方式不但能够充分利用整个集群的 I/O 并发性能，而且不会因为本地读写的问题导致某些节点存储使用过少或者过多的问题。
4）、更高的业务可靠性。超融合系统采用无中心的分布式架构，任意一个节点均可被无差别地替换；虚机 HA 、数据多副本机制、系统自检自愈功能能够及时恢复因故障缺失的数据副本，使上层应用可以抵御多次多样的故障，获得持续不断的稳定服务能力。
5）、更好的存储性能。由于采用分布式存储 I/O 支撑，超融合架构可实现较好地多节点并发性能，部分超融合平台采用数据本地化设计，采用 SSD 作为加速缓存，将 VM 所有数据都实现本地化吞吐，因此单业务系统即可实现高速的 I/O 吞吐，多业务并发是的总体性能更是传统 IT 架构无法比拟的。
三、未来4年超融合CAGR为23%，TOP 3竞争格局稳定
受益于企业数字化转型的推进，2 019 年中国超融合市场规模保持 50% 以上高增长。数字化转型过程中，企业需要建设敏捷基础架构来支持越来越多的云、大数据等新兴应用。边缘计算、物联网、 AI 、实时分析等工作负载需要可快速扩展的基础架构，这些需求推动了分布式存储和超融合市场的增长。根据 IDC 发布的《中国软件定义存储 ( 及超融合存储 ( 系统市场季度跟踪报告， 2019 年第二季度》数据显示， 2019 年上半年，超融合市场较去年同期实现了 56.7% 的增长，其中 Q 2 季度实现了 5 1 的增长。
中国企业上云的渗透率仅45 %，私有云仍具备较大吸引力。相比于美国企业基本实现上云的产业现状，当前我国企业上云进程仍在进行中。根据中国产业信息网数据， 2018 年我国企业选择云端部署的占比仅 45 %（其中公有云 27%，私有云13%，混合云5%）， 55%的企业仍处于本地部署的状态。从数据云端迁移的视角看，6 9 的企业应用和数据上云比例低于30 %，企业对上云，特别是公有云仍比较谨慎。对于金融、公安、电信等重视数据安全的行业来说，私有云仍具备较大的吸引力。

超融合市场渗透率持续提升27%，未来4年超融合市场规模保持稳定增长。根据 IDC 统计数据，近年来我国超融合市场渗透率持续提升， 2018 年超融合市场规模7.1 亿美元，占32亿企业级存储市场的27% 。预计2023年我国超融合市场规模将达到 25 亿美元， 2019-2023 年4年间复合增速为23 %。

全球范围，超融合（纯软件）市场，Nutanix 、 VMware等国外厂商处于领先地位。根据 IDC 发布的最新的《全球融合系统季度报告》（ Worldwide Quarterly Converged Systems Tracker ）显示 2019 年第 4 季度戴尔以 7.6 亿美元的超融合系统收入领先，市场份额33.3% Nutanix 和 HPE 分别排在第二位和第三位。从超融合系统（纯软件）统计， VMware 公司继续以 41.1% 的占有率持续领跑， Nutanix和 HPE 以 27% 和 6% 的市占率位列第二名和第三名。

国内超融合市场参与者分为三类。在报告中，Gartner 列出包括 SmartX 、Nutanix 、 Dell EMC 、华为、深信服在内的多家中国区超融合主流玩家，其中：
1、Dell EMC 、华为、新华三、深信服等厂商整体特点是利用数据中心市场多年的客户和渠道积累实现市场的快速覆盖。2、SmartX 、 Nutanix 则属于真正通过产品差异化优势而获得市场的产品型厂商。3、EasyStack 、青云是使用公有云技术满足私有云需求的公有云厂商。

华为、新华三、深信服等自主品牌占据国内超融合市场三强。Gartner 发布的《全球超融合核心技术厂商魔力象限分布图》， Nutanix 、 VMware 、 DellEMC 和HPE 处于领导者象限，华为进入挑战者象限。根据 I DC 数据显示， 2019 年中国超融合存储系统市场前五名分别是为、新华三、深信服、联想和 Del l EMC，自主品牌对国内新融合市场优势明显，但进军国际市场难度较大。

对比国内外主流超融合厂商Hypervisor 产品的技术来源， Nutanix 、新华三、深信服和 Smart X 均为基于Linux 下x86硬件平台上的全功能虚拟化解决方案KVM。KVM是开源的解决方案，具备更广泛受众和完善的开发者生态。