分散式儲存系統正經歷叢集基礎架構的轉變。過去長期主導市場的無共享(shared-nothing)架構,將處理器、記憶體與儲存裝置整合於單一節點;近年則有愈來愈多供應商改採將控制與儲存資源拆分的分解式架構,以提高擴展與資源配置彈性。
VAST Data於2019年初發表「分解與共享一切」(Disaggregated Shared Everything,DASE)架構,早期在市場上具有高度代表性。近一年來,HPE與NetApp等大型儲存業者也推出以控制節點、儲存節點分離為核心的產品,顯示分解式架構已逐漸形成新的儲存產品類型。

無共享架構仍是既有主流
無共享架構多年來廣泛用於橫向擴展NAS、物件儲存與超融合基礎架構(HCI)。在此架構下,每一台叢集節點均配置完整的處理器、記憶體與儲存空間,節點透過網路互連,並藉由跨節點多副本資料複製或erasure coding等機制提供資料保護與故障容忍能力。
以QNAP的Scale-Out NAS為例,叢集可由多台QSN-3000節點組成。每台節點具備完整的運算與儲存資源,透過後端叢集網路提供高可用性與資料保護,並經由前端資料服務網路,向用戶端提供S3、NFS及SMB等物件與檔案儲存服務。
這種模式的優點是架構相對單純,部署與管理較容易。新增一台完整節點時,I/O處理能力與儲存容量可以同步擴增。
固定配比限制資源調度
無共享架構的限制,在於處理器與儲存裝置通常以固定比例綁定。每個節點只能直接控制自身後端的本機磁碟或擴充儲存櫃,難以把閒置的儲存容量或I/O處理能力動態提供給其他節點。
當某一節點的容量或效能飽和時,管理者往往需要遷移工作負載或資料至其他節點,而無法即時調度叢集內其他節點的資源。另一方面,企業的擴充需求通常不對稱:有些情境只需要增加容量,有些情境則只需要更高的I/O處理能力。若必須以完整的「控制器加儲存」節點為擴充單位,便可能產生過度配置。
此外,當一個無共享節點故障,該節點的運算與儲存資源會同時失去服務能力。由於控制器與其後端儲存裝置緊密綁定,運算單元失效也可能使相連的儲存設備暫時無法使用。

分解式架構將控制與儲存分離
分解式架構將傳統叢集節點拆分為獨立的控制或運算節點,以及儲存節點。兩者透過高速、低延遲網路連接,共同提供前端I/O服務。單一控制節點或儲存節點通常無法獨立完成服務,而是由多個節點組合、共享I/O處理能力與容量資源。
其主要目的在於讓效能與容量能夠非對稱擴充。企業可依需求單獨增加控制節點以提升I/O處理能力,或單獨增加儲存節點以擴大容量,減少傳統完整節點擴充模式可能帶來的資源浪費。
在資源調度方面,控制節點與儲存節點的關係較具動態性。理論上,任一控制節點可存取任一儲存節點的空間,管理者可將整體系統視為資源池,依應用需求組合所需的運算資源與容量資源。
NVMe-oF成為實用化基礎
分解式架構並非沒有代價。相較於只有一種主要節點類型的無共享架構,分解式叢集至少包含控制與儲存兩類節點,內部網路也必須使所有相關節點能互連。因此,系統可能需要更多網路卡、交換器埠與IP位址,網路規劃與維運複雜度隨之提高。
過去將運算與儲存裝置分離並不容易,主要原因是網路頻寬與延遲難以接近本機PCIe、NVMe、SAS或外接SAS連線的表現。2010年代後期,NVMe over Fabrics(NVMe-oF)與新一代乙太網路逐漸成熟,為跨節點、低延遲且高頻寬的儲存存取提供基礎。
尤其NVMe-oF可搭配RDMA乙太網路,讓控制器能跨遠端存取儲存裝置,降低網路傳輸對I/O效能的影響。這類互連技術因此成為分解式儲存叢集能否實用化的核心條件。
HPE與NetApp擴大產品布局
VAST Data的DASE架構是分解式儲存的重要早期案例。該公司憑藉此架構及其他技術設計快速成長,從產品首發到達到10億美元估值僅用了17個月,創下儲存領域獨角獸企業的紀錄。
HPE於2023年初引進客製化的VAST Data核心軟體平臺,並推出Alletra MP for File Storage,擴大分解式儲存的市場能見度。HPE之後又於2024年底推出採用自有儲存軟體平臺的Alletra MP X10000與B10000:前者面向物件儲存,後者則鎖定區塊儲存。這些產品雖採用HPE自行發展的核心軟體,但同樣採取運算與儲存節點分離的設計。
NetApp則在2025年10月發表AFX系列。該產品延續ONTAP儲存平臺基礎,但改採分解式叢集架構。以AFX為例,叢集由控制器節點與儲存機箱構成,個別元件需透過後端叢集與儲存交換器連結運作;控制器另經由前端網路提供S3、NFS與SMB服務。
架構選擇仍取決於工作負載
分解式架構可改善容量與效能綁定所造成的擴充限制,並降低單一節點故障同時影響控制與儲存資源的程度。不過,其效益高度依賴低延遲、高頻寬網路,以及較成熟的網路設計、管理與維運能力。
對於追求獨立擴充效能與容量、需因應大型資料量或高I/O工作負載的環境,分解式儲存提供了新的部署選項;對於重視架構單純性、規模較小或網路條件有限的環境,傳統無共享架構仍具實務價值。隨著HPE、NetApp等廠商加入,分解式架構預期將與既有無共享架構並行,成為企業評估分散式儲存平臺時的重要選項。




