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NVMe: Was ist das und wofür eignet es sich?

NVMe: Was ist das und wofür eignet es sich?
Geschätzte Lesezeit: 4 Minuten

„Neue“ Tech­no­lo­gi­en wie das Inter­net of Things, Künst­li­che Intel­li­genz und Aug­men­ted Rea­li­ty sind eigent­lich gar nicht mehr so neu – son­dern immer stär­ker in unse­rem All­tag prä­sent. Eins haben sie alle gemein­sam: einen immensen Bedarf an Leis­tung in den Rechen­zen­tren für die schnel­le Ver­ar­bei­tung der pro­du­zier­ten Daten.

Um den ste­tig stei­gen­den Daten­men­gen und Ansprü­chen an die Geschwin­dig­keit gerecht zu wer­den, bedarf es immer neu­er Tech­no­lo­gi­en. Eine davon sind z. B. die mitt­ler­wei­le bewähr­ten SSDs, die deut­lich schnel­ler sind als die zuvor als Stan­dard ver­wen­de­ten HDDs. Doch die Mög­lich­kei­ten der meis­ten SSDs wer­den heut­zu­ta­ge gar nicht aus­ge­nutzt – das ver­wen­de­te Pro­to­koll ist der neue Fla­schen­hals im Sto­rage-Bereich. Wäh­rend die bewähr­ten Pro­to­kol­le für HDDs sehr effek­tiv waren, brem­sen sie die leis­tungs­fä­hi­ge­ren SSDs unnö­tig aus. Doch auch dafür gibt es nun eine Lösung: NVMe (Non-Vola­ti­le Memo­ry Express).

Was ist NVMe?

Nach SCSI ist NVMe der nächs­te Schritt, was Pro­to­kol­le betrifft. Es ist deut­lich schlan­ker als sei­ne Vor­gän­ger – mit einem Befehls­satz von nur noch 13 Kom­man­dos statt wie z. B. 400 bei SCSI. Dazu kommt durch die Nut­zung des PCIe-Bus – daher auch der Zusatz „Express“ – eine deut­lich höhe­re Zahl an War­te­schlan­gen. Wäh­rend SAS-Lauf­wer­ke nur eine ein­zi­ge War­te­schlan­ge mit 256 Befeh­len ver­wen­den, setzt NVMe auf 64.000 War­te­schlan­gen mit jeweils bis zu 64.000 Befeh­len. Das Pro­to­koll ermög­licht damit eine Viel­zahl par­al­le­ler Pfa­de mit nied­ri­ger Latenz zum Flash-Sto­rage. Dadurch sind Stei­ge­run­gen in vie­len Berei­chen mög­lich: schnel­le­re Ant­wort­zei­ten, eine höhe­re Anwen­dungs­leis­tung, eine höhe­re Kon­so­li­die­rung und eine mög­li­che höhe­re Dich­te. Dadurch kön­nen vie­le hoch­per­for­man­te Sto­rages in einem ver­eint wer­den, was sowohl die Kos­ten als auch den Platz- und Strom­ver­brauch deut­lich senkt.

Bei alle­dem bleibt das Spei­cher­me­di­um selbst das glei­che – die bekann­ten SSDs. Es wird nur deut­lich effek­ti­ver genutzt. Wie sehr, lässt sich mit einem Bei­spiel gut ver­an­schau­li­chen: Ein Auto­ren­nen. Die Stre­cke ist immer die glei­che – nur ein­mal sit­zen Sie in einem klas­si­schen Renn­wa­gen (mit z. B. dem SCSI-Pro­to­koll) und ein­mal in einem For­mel 1‑Wagen (NVMe).

Drei Szenarien für die Implementierung

NVMe: Was ist das und wofür eignet es sich? - ETERNUS DX8900 S4
ETERNUS DX8900 S4

Es gibt drei mög­li­che Imple­men­tie­rungs­sze­na­ri­en für NVMe. In der ers­ten Vari­an­te wird NVMe genau neben der CPU als Read oder auch als Wri­te Cache ver­wen­det. Die­se Mög­lich­keit wur­de z. B. auch in der neu­en FUJITSU Sto­rage ETERNUS DX8900 S4 imple­men­tiert und erlaubt dadurch bis zu 307 TB SSD-Cache – eine gigan­ti­sche Leis­tung. Die gerin­ge Latenz­zeit sorgt dafür, dass extrem schnell auf die Daten zuge­grif­fen wer­den kann.

Für den zwei­ten Fall, die Anbin­dung der SSD inner­halb des Flash-Arrays, wird an Stel­le der übli­chen SAS-Kon­nek­to­ren NVMe ver­wen­det. Dadurch wird die Über­tra­gung von der CPU zu den Plat­ten im Backend deut­lich schnel­ler.  

Bei der drit­ten Opti­on geht man noch einen Schritt wei­ter: Die Nut­zung von NVMe für die Über­tra­gung vom Ser­ver in die ein­zel­nen Sto­rage-Arrays. Einen sol­chen Ansatz ver­folgt aktu­ell Broad­com mit sei­ner Genera­ti­on 6 und NVMe-over-Fabric. Wenn die­ser Schritt kon­se­quent zu Ende gegan­gen wird, steht als Ergeb­nis eine End-to-End-Infra­struk­tur: mit NVMe-Con­trol­lern im Ser­ver über NVMe-over-Fabric bis hin zum Sto­rage-Sys­tem, das eben­falls mit NVMe ange­bun­den und intern damit ver­se­hen ist.

Für welchen Anwendungszweck sollten Sie auf NVMe setzen?

Bei allem Hype soll­ten Sie sich jedoch immer eine Fra­ge stel­len: Brau­che ich NVMe für mei­ne Anwen­dungs­zwe­cke wirk­lich? Die Ant­wort fin­den Sie in Ihrer eige­nen Daten­stra­te­gie und der Fra­ge, wofür Sie die Leis­tung und Latenz­zei­ten von NVMe benö­ti­gen.

Es gibt eini­ge klas­si­sche Anwen­dungs­be­rei­che, die eine extrem nied­ri­ge Spei­cher­la­tenz erfor­dern:

  • High-Tran­sac­tion-Daten­ban­ken
  • Big Data- und Echt­zeit-Ana­ly­sen z. B. bei einem Ein­satz in der Luft­fahrt, für ver­netz­te Fahr­zeu­ge oder im Online-Han­del
  • Maschi­nel­les Ler­nen / Deep Lear­ning, z. B. für Sprach­er­ken­nung, Bild­qua­li­fi­zie­rung oder auch Betrugs­prä­ven­ti­on
  • High Per­for­mance Com­pu­ting

Für all die­se Anwen­dungs­be­rei­che mit hohen Daten­men­gen bei mög­lichst gerin­ger Latenz ist NVMe ide­al. Für die klas­si­sche Doku­men­ten­ver­ar­bei­tung oder auch die Daten­ar­chi­vie­rung hin­ge­gen sind ande­re Tech­no­lo­gi­en meis­tens eben­so geeig­net und eine preis­güns­ti­ge­re Alter­na­ti­ve. Es muss nicht für alle Anwen­dungs­zwe­cke der For­mel 1‑Wagen sein – auch der klas­si­sche Renn­wa­gen hat eini­ges an Leis­tung zu bie­ten bei gerin­ge­ren Invest­ments.

Fazit

Zusam­men­ge­fasst lässt sich sagen: NVMe ist eine revo­lu­tio­nä­re Tech­no­lo­gie, die für die rich­ti­gen Anwen­dun­gen in der rich­ti­gen Umge­bung essen­ti­ell ist. Es geht jedoch auch immer dar­um, Kos­ten und Auf­wand in Rela­ti­on zum Nut­zen zu set­zen. Wenn Sie sich noch nicht sicher sind, wohin die Rei­se gehen soll, kön­nen z. B. fle­xi­ble und ska­lier­ba­re Sys­te­me wie die ETERNUS DX8900 S4 eine gute Lösung sein. So kann Ihr Rechen­zen­trum mit den Anfor­de­run­gen wach­sen, ohne dass sie sofort gro­ße Inves­ti­tio­nen täti­gen müs­sen.

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