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NVMe: Was ist das und wofür eignet es sich?

NVMe: Was ist das und wofür eignet es sich?
Geschätzte Lesezeit: 3 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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