Какво е NVMe и защо трябва да го използвате за клауд сървъра си?

05.10.2022 1 012 3

Martin Deshev

За много хора съхранението на данни е просто наличието на файлове в твърд диск. В действителност има множество сторидж технологии и решения. И когато става дума за клауд сървър, избирането на правилния тип сторидж може да направи голяма разлика за цялостната му производителност.

Днес има три основни сторидж технологии – традиционни твърди дискове (HDD), Solid State Drive (SSD) и NVMe (Non-Volatile Memory Host Express). Последната не е точно за самото съхранение на данните, но често се представя като такава. И макар и трите технологии да вършат работата чудесно за обикновените потребители, може да има значителни разлики, когато става дума за по-сериозна употреба или за корпоративни цели. В наши дни традиционният HDD не е достатъчно адекватен за сериозна употреба. Затова индустрията преминава към SSD и NVMe решения.

Да изясним объркването

Често хората мислят, че NVMe е алтернатива на SSD. Всъщност, те са две съвсем различни неща. SSD е физическото устройство, което съхранява данните. NVMe е интерфейсът и протоколът за комуникация между SSD и останалата част от системата. В действителност трябва да се сравняват SATA и NVMe.

Въпреки това често NVMe е разглеждана като самостоятелно сторидж решение като SSD. Това е така, тъй като NVMe не е масово разпространена, както е SATA. На пазара има както HDD, така и SSD със SATA, но NVMe е практически в отделна категория и само SSD-та, които изрично я поддържат, могат да се възползват от предимствата на технологията.

И тъй като NVMe е софтуер, на теория няма значение какъв конектор се използва между SSD-то и системата. Въпреки това, NVMe най-често се използва с PCIe SSD модели, които са в стандарта М.2, т.е. чипове в стик формат, вместо типичния 2.5-инчов HDD формат, с който сме свикнали. Може да се намери NVMe и на други формати, но като цяло технологията е най-ефективна с М.2 и по-малките стандарти и затова е популярна най-вече сред тях.

Е, какъв е смисълът от NVMe?

Ако търсите най-добрата производителност за сториджа си, NVMe е технологията, на която трябва да разчитате. SATA SSD-тата вече са доста бързи и могат да достигнат скорост на четене от около 550MBps и 520MBps за запис на информация, за някои от най-добрите модели на пазара.

Това е чудесно, но NVMe M.2 устройство просто разбива на прах тези резултати. Най-новите PCIe 4 устройства могат да постигнат трайна скорост на четене от 7300MBps и 5200MBps постоянна скорост на писане. Разбира се, това са теоретични стойности, които се постигат при идеални условия и достатъчно дълга задача. В действителност много от настоящите приложения все още не могат да се възползват от пълния потенциал на NVMe, но дори с техните ограничени възможности сега, има достатъчно голямо подобрение в намаляването на времето за зареждане на различни програми, игри, платформи и др.

Възможен недостатък на цялата тази скорост е, че NVMe устройствата могат да генерират доста топлина, тъй като се нуждаят от много енергия. И макар прегряването да е рядкост, то трябва да се има предвид, когато се планира използването на NVMe устройства за дълги периоди на тежки натоварвания. Някои NVMe устройства дори идват със собствено охлаждане, за да намалят риска.

И все пак, този риск е най-вече за малките устройства. Когато става дума за сървъри, NVMe сториджът не би трябвало да има такива проблеми, тъй като охлаждането вече е решено, особено в дейта центровете. Така че продължаваме към следващия въпрос.

Какви са основните ползи на NVMe?

Вече споменахме накратко някои от тях. Например значително по-високата скорост и по-малките размери. Първото е чудесно за потребителите, а второто е перфектно за операторите на центрове за данни. То им позволява да вместят много повече сторидж капацитет в по-малки пространства и да предложат по-добри услуги на клиентите си. Също така, NVMe SSD бяха по-скъпи от традиционните SSD, но това бързо се променя и цените постепенно се изравняват.

NVMe устройствата не са просто по-бързи от SATA в абсолютни норми. Те предлагат и 3 пъти по-добър TBW от SATA SSD, което ги прави доста по-ефикасни. И разполагат с вградено AES криптиране за допълнителна сигурност на съхранените данни.

И докато NVMе устройствата могат да използват много енергия да генерират топлина, като цяло те са по-енергоефективни от SATA SSD при сходни натоварвания. Затова предлагат по-добър живот на батерията в лаптопите, особнео при нормално използване.

NVMe устройствата предлагат и по-сигурно съхранение на данните в случай на спиране на тока или дори ако те бъдат извадени от системата докато тя работи. Те използват NAND чипове, които са много по-надеждни.

NVMe в центровете за данни

Ако NVMe е толкова добра технология, значи трябва да е идеална за центрове за данни, нали? И наистина е така.

„Предимствата при преминаване към NVMe включват по-високи скорости и множество паралелни потоци данни, които могат да се възползват напълно от наличния капацитет на централните и графичните процесори… NVMe Позволява на данните да бъдат разделени и оптимизирани, така че да се четат и пишат едновременно. Освен това NVMe осигурява 6 пъти по-широка шина, тройно подобрение на латентността, поддържа множество ядра и е по-ефективна за 4K. Не само това, но NVMe включва и няколко команди за комуникация с NVMe SSD. Това предоставя по-бърз интерфейс и оптимизирани процеси за писане на данните в SSD”, пише популярният производител на памети Kingston в своя блог.

„NVMe SSD, което предлага добро QoS, гарантира предивдими I/O и времезакъснение, на които приложението може да разчита, за да предостави очакваната производителност, както за разработчиците така и по целия път надолу до интерфейса за крайни потребители“, допълва компанията.

NVMe се откроява при сериозно натоварване, както и/или за моментите, когато е необходимо ниско времезакъснение. Ако бизнесът ви е в сферата на здравеопазването, финансите, телекоми, логистика и др., тази технология може да донесе доста ползи с високата си скорост и ниска латентност. Онлайн трансакциите, обработката на бази данни и анализите също могат да се възползват много от NVMe конфигурации.

NVMe в клауда

С толкова много предимства, не е изненада, че хостинг и клауд доставчиците преминават към тази технология. Neterra.Cloud предлага NVMe сторидж за клауд сървъри. Всички предложения на компанията в тази сфера вече използват NVMe, което дава на клиентите най-добрата възможна производителност.

Комбинирането на клауд сървър с NVMe сторидж означава, че дори малките компании могат да имат достъп до най-новите технологии и да ги използват пълноценно. NVMe клауд услугите се радват на все по-голяма популярност сред компании с всякакви размери. Дори Facebook и Microsoft използват NVMe SSD в архитектурите си и клауд системите си. Хиперскалируемите конфигурации като цяло вече са големи почитатели на NVMe. Microsoft Azure например разчита на „десетки милиони NVMe устройства“, казва Лий Превид, ИТ експерт пред TechTarget.

Не е изненада, че тези ИТ гиганти работят и по спецификациите на NVMe SSD-тата. „Това надгражда многото добра работа, която вече е свършена по NVMe и NVMe протокола и практически описва всички видове общ фърмуеър сред всички видове изисквания, които имаме, за да се създаде единен източник. По този начин SSD-тата могат да бъдат направени с един фирмуеър, да бъдат тествани между множество доставчици и клиенти, през различни тестови къщи и т.г., така че накрая ще имаме един много добър продукт за хиперскалуриеми центрове за данни, което разбира се, ще намали разходите“, допълва той.

„Стандартът NVMe ни дава ключови предимства за клауд приложения. В клауда много от програмите са QoS зависими и NVMe помага много чрез своята много ниска латентност. Освен това стандартът Zoned Namespaces, който беше ратифициран наскоро, ще позволи оптимизирането на писането на данни, което пък ще премахне нуждата от толкова много DRAM и съответно ще се намалят разходите. Така че, той подобрява ефикасността и намалява разходите, което е от ключово значение за клауд средата“, допълва Камалижит Синг, повреме на Flash Memory Summit 2021.

NVMe е част и от клауд сторидж стратегията на Meta. „Големите компании като нашата често имат клауд приложения, които разчитат на възможността да управляват няколко версии или няколко клиента на един и същи хардуер – често се нарича „няколко наемателя“. Като цяло NVMe технологията позволява на компаниите да подобрят както ефикасността на тези услуги, така и лесно да ги мащабират, когато е нужно“, пише Рос Тенфорт, хардуерен инженер в Meta, в публикация за официалния сайт на NVMe стандарта. „Реорганизацията на спецификациите на NVMe 2.0 ще помогнат на клауд потребителите да иновират по-бързо. Това е много важно за клауд приложенията, тъй като постоянно излизат нови идеи и начини за използването им, а и обемът на задачите расте. Реструктурирането на спецификациите ще позволи на NVMe да запази темпото с тези нови развития“, допълва той.

Както се вижда, NVMe е много гореща тема в клауд света и има защо. Това е чудесна технология, която взима заслужено място като водещ протокол. Времето е пари, а колкото повече време може да се спести от чакане на зареждане или обработка на данни и приложения, толкова по-добре. А NVMe предлага точно това – спестено време.