Starnberg, 28. Nov. 2016 - Blog: Applikationen, Server, Netzwerke, Software-defined Storage und externe NVMe Arrays latenzarm beschleunigen...
Zum Hintergrund: die flexible Skalierbarkeit der I/O-Leistung unter Berücksichtigung niedrigster Latenzen innerhalb von Server-, Speicher- und Netzwerk-Infrastrukturen ist zunehmend aus geschäftlicher Sicht entscheidend; ein Thema, bei dem hochkapazitative Festplatten-SANs Probleme verursachen können. All-Flash adressiert zwar diese Anforderungen, allerdings mit der Folge, dass die Geschwindigkeits- bzw. Latenzvorteile auf der (Speicher-)Netzwerkseite als neuer Engpass reduziert werden. 100% Flash wird aber immer beliebter, weil die Technik konstant höchste Anwendungsleistung (QoS) garantiert und Administratoren nicht ständig aktiv eingreifen müssen, um z.B. virtualisierte Applikationen I/O-seitig überwachen und zu tunen. In Verbindung mit Deduplizierung sowie Komprimierung ist es heute zudem möglich, den Preispunkt (CAPEX) von HDD-Arrays leicht zu erreichen (die kapazitätsreduzierenden Maßnahmen gelten zwar auch für HDDs, allerdings leidet die Performance bei der Deduplizierung, so dass AFA neben einigen anderen Aspekten die bessere Wahl darstellt).
Im Zuge der geschilderten Maßnahmen und vor allem im Kombination mit neuen Hochleistungs-Speichertechnologien (Non-volatile-Memory Storage, aka SCM wie 3-D NAND Flash, PCM und weiteren künftigen Entwicklungen) bremst das existierende SCSI-Protokoll durch seinen Overhead und diverse techn. Limitationen die mögliche System- und Anwendungsleistung. Hier soll NVMe als Nachfolger verstärkt zum Zug kommen - aktuell ein standardisiertes Schnittstellen-Protokoll für SSD Flash über PCI Express (PCIe). Hinweis: weitere Entwicklungen wie z.B. die Konvergenz von Main Memory und Storage über ein neues Bus-Interconnect-Konzept - der Memory-Semantic-Fabric - werden zudem vom Gen-Z-Consortium vorangetrieben (siehe auch HPE "The Machine").
Warum wird NVMe immer wichtiger?
Die low-latency-Schnittstelle NVMe (non volatile memory express) wurde entwickelt, um die spezifischen Leistungsmerkmale von Flash und Non-Volatile-Memory (NVM) Technologien besser (Latenz, Skalierbarkeit Leistung) nutzen zu können und schafft damit neue Anwendungsfelder. Während SSDs bislang meist das bewährte, für Festplatten entwickelte Standard-SCSI-Protokoll (SAS, SATA im Verbund mit FC oder iSCSI) verwenden, arbeitet NVMe unter Umgehung dieses Stacks. Weitere Vorteile: Command Queuing unterstützt eine Warteschlange für I/O-Befehle bei SCSI, während bei NVMe bis zu 64.000 möglich sind (v.1.2.1) - jede Warteschlange ihrerseits kann übrigens bis zu 64.000-Befehle gleichzeitig (parallel) bedienen... Zusätzlich vereinfacht NVMe die Befehle auf der Grundlage von 13 spezifischen NVMe Command-Sets, die auf die besonderen Anforderungen von NVM-Devices hin entwickelt wurden. NVMe mit NAND Flash kann auf Grund des Designs damit sehr hohe I/O-Werte bei niedrigster Latenz bereitstellen: publizierte Latenzzeiten liegen bis zu 200 Mikrosekunden unter denen von 12 Gbps SAS; zudem soll sich die CPU-Belastung um bis zu 50% durch den schlanken Befehlssatz gegenüber SCSI reduzieren (Quelle: http://www.snia-europe.org).
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Der NVMe bzw. neue NVMe over Fabrics (NVMe-oF) Standard ist in der Lage, Applikationen, Server, Netzwerke, Software-defined Storage (SDS) und externe NVMe Storage Arrays - basierend auf Flash - extrem latenzarm zu beschleunigen. Dabei ist die neue Technik aber nicht nur für SSDs, sondern für neue Compute-Modelle, Fabrics oder auch Analytics Anwendungen (Appliances) interessant und die Anzahl der Anbieter am Markt wächst: eine Marktuntersuchung von G2M Research schätzt den NVMe Market auf rund $57 Mrd. US-Dollar im Jahre 2020 bei einer Wachstumsrate von 95% CAGR.
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Der Report gruppiert die derzeitigen Angebote in neun Kategorien, inkl. Server- und Storage Appliances mit NVMe Einschüben, NVMe All-flash Arrays, NVMe-oF Adapters, drei Klassen von NVMe Storagedevices, NVMe I/O Blocks und NVMe Beschlenigungsadapter (s.a. Angebote von Broadcom, Cavium, Dell EMC, IBM, Intel, Lenovo, Marvell, Mellanox, Micron, Microsemi, Oracle, Samsung, SK Hynix, Toshiba, Mangstor, NVLX usw. (kein Anspruch auf Vollständigkeit).
Abb. 1: NVMe over Fabrics, Skalierbarkeit und Latenzverhalten (Bildquelle: NVMExpress.org / alle Rechte)
Weitere Information zur Grafik und zu NVMe over Fabrics (Whitepaper Upload von nmvexpress):
http://www.nvmexpress.org/wp-content/uploads/NVMe_Over_Fabrics.pdf