Mi az NVMe SSD?

Az NVMe (non-volatile memory express) egy olyan gazdavezérlő interfész és tárolási protokoll, amelyet a vállalati és ügyfélrendszerek, valamint a szilárdtest-meghajtók közötti adatátviteli sebesség felgyorsítására hoztak létre a számítógép nagysebességű Peripheral Component Interconnect Express buszán keresztül.

Az NVMe-t általában szilárdtest-tárolókhoz, főmemóriához, gyorsítótár-memóriához vagy háttértárolókhoz használják. A SCSI (Small Computer System Interface) szabvány és az ATA (Advanced Technology Attachment) szabvány alternatíváját nyújtja a gazdarendszer és a céltárolóeszköz közötti összeköttetéshez és adatátvitelhez. Az NVMe-t gyorsabb adathordozókkal való használatra tervezték. Az NVMe-alapú PCIe SSD-k fő előnyei más tárolótípusokkal szemben a csökkentett késleltetés és a nagyobb másodpercenkénti be- és kimeneti műveletek (IOPS).

Ahogy a szilárdtest-technológia a tárolópiacon a preferált médiummá vált, gyorsan világossá vált, hogy a meglévő interfészek és protokollok — például a Serial Advanced Technology Attachment (SATA) és a Serial-Attached SCSI (SAS) — már nem alkalmasak az adatközponti környezetekben. 2011 elején jelent meg a kezdeti NVMe specifikáció. Közel 100 technológiai vállalat vett részt a fejlesztésében.

Az NVMe a fejlődő technológiák és alkalmazások – például a dolgok internete (IoT), a mesterséges intelligencia és a gépi tanulás – egyik fő támogatója is, amelyek mind profitálhatnak az NVMe-csatolt tárolók által biztosított alacsony késleltetésű és nagy teljesítményű fejlesztésekből.

Hogyan működik az NVMe?

Az NVMe szabvány nem határozza meg az NVMe fő felhasználási területét, azonban a PCIe-alapú SSD-k számára regiszterinterfész, parancskészlet és funkciók gyűjteményét határozza meg, amelynek célja a nagy teljesítmény és az NVM-rendszerek széles skáláján való átjárhatóság.

Az NVMe protokoll a nem-felejtő memória bármely formáját támogathatja, például a különböző típusú nem-felejtő memóriákat, köztük a NAND flash-t használó SSD-ket. Az NVMe referencia-illesztőprogramok számos operációs rendszerhez, köztük a Windowshoz és a Linuxhoz is elérhetők.

Egy NVMe SSD PCIe buszon vagy M.2 és U.2 csatlakozókon keresztül csatlakozik. Az NVMe protokoll, amely ezekhez a csatlakozásokhoz kapcsolódik, alacsonyabb késleltetést és nagyobb IOPS-ot tesz lehetővé az energiafelhasználás csökkentése mellett.

Az NVMe-parancsok a PCIe-interfészen keresztül a be- és kimenetet (I/O), valamint a válaszokat a gazdaszámítógép megosztott memóriájára képezik le. Az NVMe interfész támogatja a párhuzamos I/O-t a többmagos processzorokkal a nagy áteresztőképesség elősegítése és a központi feldolgozóegység (CPU) szűk keresztmetszeteinek kezelése érdekében.

Miért fontos az NVMe?

A nagy teljesítményű, nem-felejtő tárolóeszközökhöz, például SSD-khez tervezett NVMe jól alkalmazható a nagy igénybevételt jelentő, számításigényes környezetben. Az NVMe például képes kezelni a vállalati munkaterhelést, miközben kisebb infrastrukturális lábnyomot hagy és kevesebb energiát fogyaszt.

Ehhez képest az NVMe és a SATA között nagy a teljesítménykülönbség. Az NVMe például sokkal kisebb késleltetést tapasztal, mint a SAS és a SATA protokollok. Ez a teljesítménynövekedés és a csökkentett késleltetés azt jelenti, hogy az NVMe a szűk keresztmetszetek elkerülése mellett használható olyan, nagy munkaterhelést igénylő alkalmazásoknál, amelyeknek valós idejű feldolgozásra van szükségük.

A vállalati környezetek és adatközpontok kihasználhatják az NVMe-alapú tárolók által biztosított nagy teljesítményt.

Melyek az NVMe felhasználási területei?

A flash tárolók számára az NVMe által biztosított villámgyors teljesítmény, valamint a nagyszámú várakozási sor és parancs kezelésére való képessége miatt az NVMe alkalmas a következőkre:

Professzionális és professzionális felhasználásra, olyan feladatok kezelésére, mint például a grafikai szerkesztés.
A tárolási I/O nagy várólistamélységű alkalmazásai, beleértve az adatbázisokat és egyes webes műveleteket.
Nagy teljesítményű számítástechnika. Különösen olyan alkalmazásokban, ahol az alacsony késleltetés kritikus.
Olyan területek, amelyek nagy mennyiségű adat tárolását igénylik, például az AI, a gépi tanulás, a fejlett analitika és a big data területén.
Relációs adatbázisok. Az NVMe flashmemória-rendszerek jobb teljesítménye csökkenti a szükséges fizikai szerverek számát.
Olyan alkalmazások, amelyeknek valós időben kell adatokat lekérdezniük vagy tárolniuk, például pénzügyi és e-kereskedelmi alkalmazások.

Milyen előnyei vannak az NVMe-nek?

Az NVMe előnyei a következők:

• Az NVMe meghajtók kétszer olyan gyorsan képesek parancsokat küldeni, mint az AHCI SATA meghajtók.
• Az NVMe SSD-k késleltetése mindössze néhány mikroszekundum, míg a SATA SSD-képernyőké 30 és 100 mikroszekundum közötti késleltetéssel rendelkezik.
• Hatékony tárolás, kezelés és adatelérés.
• Sokkal nagyobb sávszélességgel rendelkezik a SATA és a SAS rendszerekhez képest.
• Többféle formátumok, köztük az M.2, az U.2 és a csatlakozók támogatásával.
• Az adatok feloszthatók és racionalizálhatók.
• Támogatja az adatvédelemmel foglalkozó alagútprotokollokat.

Mik az NVMe hátrányai?

A lehetséges hátrányok közé tartoznak:

• Az NVMe támogatásának hiánya a régebbi rendszerekben.
• Nem költséghatékony a nagy mennyiségű adatok tárolásánál. A tárolókapacitás alapján drágább a lemezes meghajtókhoz képest.
• Jellemzően M.2 formátummal együtt használják, ami tovább korlátozhatja a meghajtóválasztást.

Mi a különbség a SATA, az NVMe és a SAS között?

SATA. A SATA egy kommunikációs protokoll, amelyet számítógépek számára fejlesztettek ki a merevlemezes meghajtók (HDD) tárolórendszerekkel való interakcióra. A 2000-ben bevezetett SATA felváltotta a párhuzamos ATA-t, és gyorsan a számítógépek mindenütt jelenlévő tárolórendszer-protokolljává vált. Az évek során a specifikáció felülvizsgálata során 6 Gbps sebességre gyorsították fel, amely akár 600 MB/másodperc tényleges átviteli sebességet is lehetővé tesz.

Bár a mechanikusan forgó tányérokkal és működtető vezérlésű író-olvasófejekkel rendelkező merevlemez-technológiához fejlesztették ki, a korai SSD-ket SATA-interfészekkel hozták forgalomba, hogy kihasználják a meglévő SATA-ökoszisztéma előnyeit. Ez kényelmes kialakítás volt, és hozzájárult az SSD-k elterjedésének felgyorsításához, de nem volt ideális interfész a NAND flash tárolóeszközök számára, és egyre inkább a rendszer szűk keresztmetszetévé vált.

NVMe. A flash meghajtókhoz tervezett NVMe sebessége és alacsony késleltetése maga mögé utasítja a SATA-t, és az NVMe sokkal nagyobb tárolókapacitást tesz lehetővé kisebb formátumok, például az M.2 esetében. Általában az NVMe teljesítményparaméterei ötszörösen vagy annál is jobban felülmúlják a SATA teljesítményparamétereit.

Lehet, hogy a SATA hosszú múltra tekint vissza, és alacsonyabbak a bevezetési költségek, mint az NVMe, de ez egy olyan merevlemezes technológia, amelyet a modernebb tárolóeszközökre utólagosan átültettek.

SAS. Az NVMe 64 000 parancsot támogat egyetlen üzenetsorban és legfeljebb 65 535 I/O-sorban. Ezzel szemben egy SAS-eszköz várólistamélysége jellemzően legfeljebb 256 parancsot támogat, egy SATA-meghajtó pedig legfeljebb 32 parancsot egy várólistában.

Az NVMe-alapú PCIe SSD-k azonban jelenleg drágábbak, mint az azonos kapacitású SAS SSD-k, bár ez a különbség egyre csökken. Emellett a csúcskategóriás vállalati NVMe SSD-k több energiát fogyaszthatnak, mint a SAS vagy SATA SSD-k. A SCSI Trade Association szerint a kiforrottabb SAS SSD-k további előnyöket kínálnak az NVMe PCIe SSD-kkel szemben, mint például a nagyobb skálázhatóság, a hot pluggability és az idővel bevált failover képességek. Az NVMe PCIe SSD-k olyan teljesítményszintet is biztosíthatnak, amelyre sok alkalmazásnak nincs szüksége.