München, Starnberg, 12. Dez. 2016 - Wichtig bei der Anschaffung neuer Flash-Storage-Hardware ist nach Pure Storage ein garantierter NVMe-Upgrade-Pfad...
Zum Hintergrund: Die low-latency-Schnittstelle NVMe (non volatile memory express) wurde entwickelt, um die Leistungsmerkmale von Flash und Non-Volatile-Memory (NVM) Technologien (Latenz, skalierbare Leistung, Anschlussmöglichkeiten etc.) effektiv nutzen zu können. 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 des SCSI Protokoll Overheads im I/O-Stack. 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 ( = 64.000 parallele Queues mit 64.000 Befehlen pro Queues). 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 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: SNIA).
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NVM Express oder NVMe ist damit ein Speicherklassenprotokoll der nächsten Generation für die Kommunikation zwischen CPU und Flash. Das Interface wurde erstmals im Jahr 2011 eingeführt als Schnittstelle zum schnelleren Zugriff auf Solid-State-Speicher, also nicht-flüchtiger Massenspeicher, über PCI Express (PCIe). Seitdem sind fünf Jahre vergangen. Nun zeichnet sich ab, dass in der Storage-Branche der Wandel zu NVMe-Architekturen energisch vorangetrieben wird.
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NVMe ist, was Performance und Dichte betrifft, auch eine Art Wegbereiter für Flash „der nächsten Generation“. Nach Ansicht führender Branchenanalysten soll NVMe bereits 2019 das maßgebliche Schnittstellenprotokoll für Flash sein und somit die alten Standards, die für klassische Festplatten entwickelt wurden, ablösen. Bei einer großen Anzahl von Consumer-Geräten kommt NVMe übrigens bereits zum Einsatz. NVMe Storage-Hardware für Unternehmen wird bald folgen. Das NVMe-Protokoll soll in absehbarer Zeit wohl auch Enterprise-Flash-Systeme dominieren, da es wie gesehen, eine erheblich höhere Performance als SAS- und SATA-Schnittstellen ermöglicht; in Verbindung mit RDMA lassen sich NVMe Fabrics realisieren, die iSCSI und FC SANs ersetzen können.
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NVMe ist vor allem schneller als das herkömmliche Storage-Protokoll SAS und arbeitet parallel. Auf diese Weise werden direkte Übertragungswege zu SSDs ermöglicht. Dieses Ausmaß an Parallelität beseitigt die durch serielle Verbindungen bedingten Engpässe. So wird eine erheblich höhere Performance für zukünftige Technologiefortschritte ermöglicht, einschließlich n-Multicore-CPUs, SSDs mit sehr hoher Dichte (3-D NAND), neuer Speichertechnologien wie PCM (Storage Class Memory, SCM) und Hochgeschwindigkeitsverbindungen.
In Erwartung des sich nun bestätigenden Trends zu NVMe hat Pure Storage vor über drei Jahren damit begonnen, seine FlashArray//M-Systeme NVMe-fähig zu machen. Aktuell hat der „All-Flash“-Pionier die Einführung einer „NVMe-Ready“-Garantie angekündigt. Der Hersteller garantiert damit, dass jedes neu gekaufte FlashArray//M vollständig auf NVMe aktualisiert werden kann. Jeder Slot im Gehäuse ist laut Hersteller für NVMe- und SAS-fähige Flash-Module geeignet. Controller können unterbrechungsfrei und ohne Performanceverlust für den Umstieg von SAS auf NVMe in internen und externen Netzwerken aktualisiert werden. Folglich sind Kunden laut Pure Storage in der Lage, jedes FlashArray//M ohne ein Komplett-Upgrade oder eine störende Migration mit NVMe-fähigen Controllern und Kapazität zu aktualisieren. Kommentar Güner Aksoy, Sales Director Central Europe bei Pure Storage: „Vor sieben Jahren hat Pure Storage das Potenzial von Flash als Branchenstandard erkannt. Mit NVMe haben wir nun einen ähnlichen Wendepunkt erreicht. Unternehmen müssen jetzt auf den Wechsel vorbereitet sein, um technologische Verbesserungen ab 2017 in vollem Umfang nutzen zu können. Wer neue Storage-Hardware anschafft, sollte darauf achten, dass diese NVMe-fähig ist – im Sinne des Investitionsschutzes.“
Abb. 1: Pure Storage FlashArray / NVMe Unterstützung (Bildquelle Hersteller, Dez. 2016)