韩国 SSD 控制器设计厂商 FADU 在 2026 年 OCP 全球峰会上正式公布了其文件语义 SSD（FS-SSD）技术。该方案的核心在于将文件系统逻辑直接迁移至 SSD 内部，从而绕过主机 CPU、区块层以及传统的主机文件系统路径。据 FADU 向 Tom's Hardware Premium透露，公司计划于 2027 年第三季度提供合作伙伴样本。
架构原理与性能优势
FADU 指出，在传统的 GPUDirect Storage (GDS) 随机读取工作负载中，文件系统与区块层的处理开销可消耗约 30% 的 CPU 周期。FS-SSD旨在通过优化控制路径来解决这一瓶颈。在初步测试中，搭载 FADU FC6161 Gen6 控制器的硬盘连接至 PCIe 5.0 主机时，即便服务器核心数从 16 核降至仅 1 核，远程文件吞吐量仍能稳定维持在约 460,000 ops/s。
该技术基于 NVMe 命令执行 NFSv3 操作，驱动器内部负责处理路径查找、访问控制及文件到闪存的映射。与 Linux NFS-over-RDMA 相比，FS-SSD 展现了显著的效率提升：后者需 16 个核心才能达到 FS-SSD 单核 40K ops/s 的性能水平。
协议选择与内存管理
FADU 选择 NFSv3 作为基础协议，主要考量其轻量级特性（仅 21 个操作）、无状态设计以及对操作系统和文件系统的低依赖性，这有助于降低固件开销。目前 FS-SSD 支持 PCIe，并通过 RDMA 和 TCP 兼容 NVMe-oF，无需引入新的传输层协议。
在底层实现上，文件系统与闪存翻译层合并为基于 F2FS衍生的文件层。节点和数据块与自然闪存页面及删除单元部分对齐，使得 F2FS 节点表成为指向物理闪存地址的“文件地图”。这种架构大幅降低了 DRAM 元数据映射的开销：FS-SSD 使用的 DRAM 量与普通 SSD 相当（约占 NAND 容量的 0.1%，即每 TB 约 1GB），但其中约 95% 可用于热路径节点缓存，而非仅仅填充映射表。
此外，单一垃圾收集器取代了传统架构中的双重 GC机制（文件系统清理与驱动器自身垃圾收集），避免了相互放大效应。FADU 表示，在使用首尔国立大学开源软件 SSD 模拟器 NVMeVirt 进行的混合顺序和随机工作负载原型测试中，写放大率比主机 F2FS 解决方案低 63%。需注意，此为模拟数据而非硬件实测结果。
无主机访问场景与用例
FS-SSD 的关键价值在于实现真正的“无主机”访问。GPU 可在自有内存（如 HBM）中构建 NFS-over-NVMe 命令；或者，具备 NVMe-oF 目标卸载功能的远程 SmartNIC/DPU 可直接向驱动器的提交队列发送命令。数据通过 PCIe 点对点 DMA 从 SSD 传输至 NIC，并在 RDMA 写入时输出。
FADU 列举的典型应用场景包括 GPU 文件读取与检查点保存、DPU 服务的 HTTP 内容传输，以及 JBoF（Just a Bunch of Flash）文件服务器。长远来看，FADU 致力于推出无服务器的 JBoF存储解决方案，结合 FS-SSD、PCIe 开关及用于硬件处理 NVMe-oF 的 DPU/NIC。根据其模型预测，这将使功耗降低约 42%，每台 16 驱动器服务器的成本降低约 57%，并显著提升机架密度。
基准测试数据
内部测试环境采用 Intel Core i5-13600K处理器（20 线程，最高 5.1GHz）、128GB DDR5 内存及 Mellanox ConnectX-6 100Gbps NIC。测试对比了基线 F2FS、Ext4（在区块固件上运行）与 FS-SSD（通过内核客户端和 SPDK 用户空间客户端）。顺序测试配置为 1 线程、QD 128、128KB 块大小；随机测试配置为 4 线程、QD 128、4KB 块大小。
| 设置 | 连续读取 (MB/s) | 连续写入 (MB/s) | 4KB 随机读取 (MB/s) | 4KB 随机写入 (MB/s) |
|---|---|---|---|---|
| F2FS | 14,120 | 4,510 | 7,850 | 3,980 |
| Ext4 | 14,130 | 7,050 | 9,120 | 4,560 |
| FS-SSD (内核客户端) | 14,140 | 11,940 | 8,070 | 4,320 |
| FS-SSD (SPDK 客户端) | 未报告 | 未报告 | 13,000 | 7,030 |
| 原始块 (SPDK) | 未报告 | 未报告 | 13,990 | 13,240 |
数据显示，FS-SSD 的 SPDK 客户端在 4K 随机读取上保留了原始块设备性能的 93%，在 4K 随机写入上保留了 53%，其余损耗归因于驱动器内的文件层处理。值得注意的是，尽管测试使用的是 Gen6 驱动器，但主机接口为 PCIe 5.0，因此顺序读取速度上限约为 14.1 GB/s，受限于链路带宽。
安全、一致性与局限性
并发访问协调是该技术面临的挑战之一。根据 PNFS 灵活文件布局规范 (RFC 8435)，NFSv3 存储设备被视为“松散耦合”，不支持强制性字节范围锁定。凭证方面，标准 NFS 的 AUTH_SYS 方案存在安全风险，因为服务器信任客户端发送的用户和组 ID。
FADU 提出通过基于能力的身份验证来解决此问题：每个命令包含由外部认证服务器发行的功能令牌及共享密钥计算的代码。目前尚不清楚具体细节，但公司计划支持 Kerberos 身份验证协议。对于网络驱动器，采用标准的 NVMe-oF 保护机制，仅允许预先批准的主机访问。
当前版本除加密功能外，暂缺 ACLs 及其他高级特性。加密由 FC6161 控制器支持的 TCG Opal 自加密驱动器处理。断电保护通过电容将元数据、写缓冲区及进行中操作日志刷入存储来实现，重启时重放未完成操作以确保持久性。
发展路线图
| 里程碑 | 时间 (FADU) | 详情 |
|---|---|---|
| Gen6 主机结果 | 2027 年第一季度 | 在 PCIe 6.0 主机中测试 FS-SSD；获取硬件写放大数据 |
| 合作伙伴样本 | 2027 年第三季度 | OEM/ODM 谈判处于早期阶段；预计样本发送后合作将加速 |
| 无主机 JBoF | 2027 年底前 | 基于 Xsight 实验室 E1 DPU 的参考设计交付给 OEM/ODM 合作伙伴 |
| 接入 GPU | 现在 | 通过内核客户端与 GPUDirect Storage (GDS) 配合工作；计划加入加速 IO SIG (xio-sig) |
| 标准化 | 尚未提交 | 计划在 NVM Express 和 OCP Storage 发起文件语义命令集讨论 |
FADU 强调，虽然目前缺乏 Nvidia 的直接接触，但其技术建立在现有框架之上，并已在 Gen6 控制器上完成测试平台搭建。随着 2027 年实数数据和样本的到来，以及未来可能在 NVM Express 或 OCP Storage 提出的标准化提案，该方法有望进一步成熟。
