Рост объемов данных подстегнул появление не только новых способов их хранения и обработки, но и альтернативных интерфейсов с высокой пропускной способностью. Разбираемся, что собой представляет NVMe – протокол на основе PCI Express, который может решить вопрос с быстродействием систем хранения.
Любая IT-инфраструктура выполняет обслуживающую функцию, но от нее часто зависит успешность бизнеса. Еще недавно для ускорения информационных систем достаточно было гибридной системы хранения с твердотельными накопителями. Но потом выяснилось, что их интерфейсы устарели и работают слишком медленно, потому не подходят для использования в эру петабайтных хранилищ и big data.
Эта ситуация послужила стимулом к появлению интерфейса для SSD-накопителей, который назвали NVMe (Non-Volatile Memory Express). Он использует шину PCI Express и работает в пять раз быстрее SATA последней модификации.
SSD SATA и SSD NVMe отличаются даже визуально
Самое главное о NVMe
Этот протокол раскрывает потенциал флеш-накопителей, обеспечивает низкую задержку и одновременно высокую пропускную способность при доступе к данным. NVMe анонсирован еще в 2007 году, повышенный интерес к стандарту корпоративные клиенты стали проявлять во второй половине 2010-х, в Samsung начали поставлять накопители для серверов с этим интерфейсом уже в 2013-м. Последнюю версию NVMe 1.3 выпустили в мае 2018 года.
В NVMe используется процессор с 65 536 параллельными очередями и таким же количеством команд на каждую очередь. В этом интерфейс опережает традиционные SATA (максимум 32 команды) и SAS (максимум 254 команды): он продуктивнее работает с многоядерными процессорами и выполняет удвоенное число операций ввода-вывода в секунду по сравнению с указанными интерфейсами.
Кому и зачем это нужно
Характеристики NVMe соответствуют потребностям современных приложений, заточенных под быстрый обмен потоками данных между процессором и накопителем. Это делает новый стандарт оптимальным для нагруженных реляционных баз данных. Также благодаря ему компания экономит на покупке физического серверного оборудования и лицензий, ускоряет бизнес-процессы, в которых требуется анализировать большие объемы информации в режиме real-time.
Эффект от перехода с традиционных накопителей на новые, с NVMe, заметен в системах виртуализации, которые обрабатывают потоки запросов виртуальных машин, в проектах с big data, технологиями ML и AI.
Выбор дисков с NVMe снижает совокупную стоимость IT-инфраструктуры, увеличивает производительность сервисов, приложений и баз данных, а также ускоряет доступ к системам хранения. Бизнес заинтересован в новых накопителях, но пока их массовое распространение сдерживает высокая стоимость при ограниченных возможностях хранения. SSD с поддержкой NVMe еще нельзя назвать экономически эффективными: хранение больших объемов данных на них обходится слишком дорого.
Рынок NVMe
Производители СХД уже обратили внимание на новый стандарт и предлагают его в своих продуктах. По прогнозам IDC, к 2021 году устройства с NVMe опередят по скорости распространения СХД с SCSI, а еще через несколько лет вытеснят с рынка альтернативные протоколы.
В TMR ожидают, что в ближайшие семь лет рынок дисков с NVMe будет прирастать в среднем на 28 % каждый год. Параллельно стоит ожидать плавного снижения цены на них: в Western Digital уверены, что в ближайшие несколько месяцев стоимость хранения 1 ГБ у SSD-устройств с интерфейсами NVMe и SATA сравняется. Интересные тенденции наблюдаются на рынке NVMe-дисков для персональных компьютеров: в этом секторе продажи растут со скоростью 48 % в год.
Корпоративные заказчики готовы к переходу на накопители с NVMe, но их сдерживает цена
Какие NVMe-накопители нужны бизнесу
Современные технологические компании выбирают СХД с NVMe, чтобы увеличить производительность информационной системы. Однако покупка быстрого накопителя – только половина дела. Нужно подключить серверное оборудование к массиву через уже имеющиеся сети хранения.
Эту задачу упростит новый стандарт NVMe-oF TCP, который позволит передавать данные через Ethernet-сети. А чтобы не создавать дополнительную нагрузку на процессор, потребуются специальные карты NVMe-oF TCP вместо обычных TCP-карт. При таком подходе производительность вырастет в 1,5 раза. Параллельно с развитием нового стандарта меняется и архитектура серверов: скоро вендоры полностью откажутся от использования в них SATA и SCSI.
Накопители с интерфейсом NVMe универсальны: они одинаково хороши и в ноутбуках, и в сложных кластерных решениях. Однако нужно обращать внимание не только на тренды, но и на реальную пользу новинок. Для NVMe она будет максимальной в корпоративных системах, где требуется высокая скорость ввода-вывода подсистемы хранения данных и работа с наименьшей задержкой.
Мы составили собственный рейтинг серверов с NVMe-накопителями:
- FUJITSU Server PRIMERGY RX2540 M5 – двухпроцессорный модульный сервер. Intel Xeon Scalable Family (CLX-R) обеспечивают лучшую в отрасли частоту, а поддержка до 28 HDD, до 8 плат PCIe Gen3 плюс два БП с возможностью горячей замены позволяют адаптироваться под быстрый рост данных.
- Fujitsu PRIMERGY RX4770 M5 – стоечный сервер с четырьмя процессорами. Хороший выбор для виртуализации, аналитики и обработки больших объемов данных благодаря масштабируемым процессорам Intel Xeon (до 28 ядер, до 56 потоков и 12 каналов памяти) и возможности установки до 16 2,5-дюймовых или до 12 2,5-дюймовых SSD-накопителей PCIe SFF.
- Dell PowerEdge R740xd – двухпроцессорный 2U-сервер, который поддерживает масштабирование и повышение производительности до 24 накопителей NVMe и в общей сложности 32 x 2,5" или 18 x 3,5" накопителей. Обеспечивает максимальную плотность размещения и подходит для организации программно-определяемых хранилищ, серверов хранения и обработки big data, высокопроизводительных вычислений.
- Dell PowerEdge R840 – четырехпроцессорный 2U-сервер в конструкции высокой плотности с максимальной скоростью доступа к данным. Поддерживает до 24 накопителей NVMe с прямым подключением и Intel Xeon Scalable 2-го поколения. Подходит для приложений, которые предполагают интенсивную обработку данных или их анализ.
- HPE ProLiant DL380 Gen10 – сервер с масштабируемыми процессорами Intel Xeon 1-го и 2-го поколений. Поддерживает 3 ТБ памяти HPE DDR4 SmartMemory (до 2933 млн транзакций/с), устройства SAS 12 Гбит/с и до 20 накопителей NVMe. Разработан для обслуживания базовых и критически важных бизнес-приложений.
- HPE ProLiant DL560 Gen10 – компактный четырехпроцессорный (Intel Xeon) сервер с технологиями виртуализации. Поддерживает широкие возможности ввода-вывода с использованием до 8 слотов PCIe 3.0, обеспечивает интеллектуальное и автоматизированное управление. Удачное решение для дата-центров с ограниченной площадью и высокими требованиями к производительности.
Самыми интересными по производительности и стоимости мы считаем такие системы хранения:
- IBM FlashSystem 5100 – мощные и экономичные 2U-решения, в которых поддержка NVMe дополняется технологией IBM FlashCore, поддержкой виртуализации (IBM Spectrum Virtualize) и функциями управления хранением на основе прогнозов ИИ.
- Dell EMC Unity XT 480F – СХД класса All-Flash, которая обеспечивает максимальную производительность для рабочих нагрузок среднего уровня. Поддержка NVMe увеличивает скорость доступа к бизнес-приложениям, а сама система может сократить объемы данных с коэффициентом 5:1 – это снижает ее требования к занимаемой площади и совокупную стоимость владения.
