上周末参加了冬瓜哥的存储和服务器底层原理架构培训课程，又重拾了存储和服务器的部分知识。个人言论不代表冬瓜哥及所在公司观点。
从底层原理实现角度来看，存储和服务器的物理硬件本质都是三大件：CPU、内存和I/O的组合运用。
一、三大件的主流趋势
在CPU芯片方面，CPU芯片从工艺设计到流程制造均是高精尖的科技硬实力体现，而我国在这一方面一直在投入重金进行技术研发、生态圈建设和技术追赶。现目前，我国在AI芯片的工艺设计上，处于和国际同一起跑线的位置，这一块主要依靠国内的寒武纪等公司的技术，而在传统CPU芯片及GPU芯片领域，不管是在芯片设计还是在工艺制程方面，均至少落后国际技术2到3代的差距。在于芯片设计方面，折腾多年终于出了个胡伟武的龙芯。还记得当年在学校的时候，胡伟武的龙芯研究所在重庆江津落户，我们学校就暂借了一个教室给胡伟武的安置临时的龙芯研究所。当时的龙芯项目有钱，是所有地×××府争取的香饽饽，最终重庆江津拿下了，当然主要内因还是因为当时胡伟武的导师，我国计算机事业的奠基人夏培肃先生是重庆江津人。话归正传，在CPU芯片的工艺制程领域，其制造技术半导体行业在我国起步晚，底子薄，也缺乏相关方面的领军人物和技术科学家，比如类似台湾张忠谋这样的大将。我国目前主要的龙头企业中芯国际，还在以较低良率的28nm量产，40nm制程完全成熟的规格技术在进行技术探索。而按照技术梯队，第一梯队：台积电、三星、Intel，已经掌握了7nm、10nm的高端制程量产技术，并且在实验室研究设计5nm的工艺制程；第二梯队格罗方德（Global Foundries）、联电（UMC）等，在高端10nm、14nm上有小规模的量产，28nm制程算是完全成熟；中芯国际只能算是第三梯队的成员了。
在内存方面，真正能称为内存制造公司的只有那么几家。内存制造商会在各个生产阶段设计、生产和测试组件和模块。内存模块由两块芯片组成：存储数据的DRAM半导体芯片以及将内存芯片与计算机其余部分连接起来的印刷电路板(PCB)。具备生产DRAM芯片能力的半导体制造商分别是Micron 美光、三星、海力士和东芝，这三家占据了市场上95%的份额。在内存产业方面，国内一直动作频频，其中具有典型代表便是紫光公司，拥有国家政策与资金的扶持，通过收购和技术合作，紫光公司终于可以推出市面上主流的内存产品了，但是由于制作工艺上落后，良品率极低，无法在数量上左右市场。而且新的内存技术HBM已经出现，目前在市面上流通的主要是HBM 2，AMD在2015年发布的Fury系列显卡上，首次商用了第一代HBM技术，超高的带宽以及极低的占用面积彻底改变了当时的显卡设计，随后NVIDIA也在Tesla P100上采用了HBM 2技术。相比较现在的DDR内存技术，目前市面上的HBM 2内存，核心容量可达8Gb，通过TSV技术可以实现每个CPU支持64GB HBM2内存，每路插槽的带宽可达2TB/s，而到了HBM 4时代，每个CPU支持的容量可达512GB，带宽超过8TB/s。而目前的CPU处理器在支持8通道DDR4内存的情况下，最高容量才能达到2TB，而且带宽只有150GB/s，与HBM内存相比差距明显。
在I/O方面，和CPU、内存不太一样的地方，在I/O方面没有存在任何一家具有垄断性质的公司，主要原因在于I/O模块和种类太多，任何一家公司都不可能完全的全部生产和设计制造，必须要设计出一条普适性的开放标准，所有的I/O厂商根据标准进行产品生产和适配，这样才能集成和组合不同的I/O设备。
服务器与存储之间主要通过网络I/O和存储I/O进行联动。网络I/O方面，毫无疑问以太网君临天下，目前10GB已经是标配和量产的规模了，40GB也在小规模的试用，100GB也在实验阶段。而存储I/O方面，I/O规格和标准种类较多，因此侧重介绍现今热门和主流的I/O规格NVMe、PCIe以及SAS。
NVMe（Non-Volatile Memory express）称为非易失性内存主机控制器接口规范，是一个逻辑设备接口规范。简单地说，NVMe是专门为闪存类存储设计的协议，因为闪存类存储处理速度远远高于传统协议传输的速度，因此闪存类存储需要新的协议去支持高速的存储处理。NVMe在服务器与存储设备上的应用，可分为后端与前端两种类型，后端的NVMe应用是取代SAS协议，作为SSD或Flash存储连接控制器的协议；前端的NVMe应用，则是将NVMe嫁接在既有的网络传输通道上，构成外接的NVMe-oF传输架构。NVMe的后端应用已经进入成熟期，现目前市面上主要的SSD硬盘的均支持NVMe协议且已经批量的使用，只要我们的电脑主板上集成有PCIe的插槽，就可以接入NVMe的协议的SSD硬盘或Flash介质。但前端应用的NVMe-oF架构仍在推广和测试。而且由于前端协议种类繁多，NVMe均为其做了适配并进行了测试，因此能够占据主流的到底是哪一种嫁接方式尚未有定论。因为基于32Gb FC、基于InfiniBand，基于25/50GbE RoCE或iWARP以太网络等多种形式的NVMe均具有各自不同的利弊和应用场景。
