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NVMe-Leistungsschub hängt von All-Flash-Array-Architektur ab

NVM Express ist der nächste Schritt in Richtung immer schnellerer All-Flash-Arrays. NVMe-Arrays sollen Millionen von IOPS mit Reaktionszeiten von Mikrosekunden liefern.

Non-Volatile Memory Express – kurz NVMe– ist der nächste Schritt in die Richtung All-Flash-Arrays mit immer größerer Performance – sowohl hinsichtlich der Latenz als auch hinsichtlich des Durchsatzes. Mit NVMe können All-Flash-Arrays Hunderttausende oder sogar Millionen von IOPSmit Reaktionszeiten von Mikrosekunden bereitstellen.

NVMe und sein komplementärer Partner NVMe-over-Fabrics (NVMe-oF) sind noch neu und relativ unausgereift. Die erreichbare Leistungssteigerung hängt von der genutzten All-Flash-Array-Architektur ab. Bei herkömmlichen All-Flash-Arrays, die mit NVMe ausgestattet werden, wird eine Leistungssteigerung von bis zu 20 Prozent erwartet. Dies, obwohl einige NVMe-Modelle von neuen All-Flash-Array-Anbietern gegenüber der aktuellen Technologie voraussichtlich das Zehnfache und mehr an Leistung liefern werden.

20 Prozent mehr NVMe-Leistung bei minimalem Risiko

Bis Ende 2018 blieb der Anteil von Anbietern mit All-Flash-Arrays, die NVMe unterstützen, gegenüber dem gesamten Speichermarkt gering. Das Marktforschungsunternehmen DCIG fand in seiner Bewertung von mehr als 100 Anbietern von All-Flash-Arrays heraus, dass 2018 weniger als 20 Prozent eine Konnektivität zu SSDs mit NVMe-Schnittstelle unterstützen.

Der Anteil von NVMe am All-Flash-Array-Markt wächst noch. Herkömmliche Applikationen, die auf NVMe-Speicher-Arrays zugreifen, werden zunächst nur relativ geringe Leistungssteigerungen verzeichnen. Herkömmliche All-Flash-Arrays verwenden zwei oder mehr Controller, um sich über NVMe mit Backend-SSDs zu verbinden. Diese Controller aggregieren, verwalten und präsentieren die SSDs dann als Speicher-Volumes auf netzwerkgebundenen Hosts.

Entwicklungsschritte von NVMe
Abbildung 1: Entwicklungsschritte von NVMe

Mit All-Flash-Arrays, die NVMe SSDs auf dem Backend unterstützen, können Unternehmen jedoch eine Verbesserung der Anwendungsleistung um bis zu 20 Prozent gegenüber All-Flash-Arrays mit SAS- oder SATA-SSDs erreichen. Hosts werden weiterhin über Standard-Fibre-Channel-(FC)- oder Ethernet-Netzwerke mit diesen NVMe-fähigen All-Flash-Arrays kommunizieren. Dadurch ist es recht einfach, die Leistungsvorteile von NVMe-SSDs zu nutzen, bei sehr niedrigen Risiken für die Applikationen.

Eine Leistungssteigerung von 20 Prozent klingt viel. Anwendungen, die an All-Flash-Arrays mit NVMe-SSDs angeschlossen sind, können allerdings theoretisch noch viel größere Leistungssteigerungen verzeichnen – bis zu 10-mal mehr als Arrays mit SAS- und SATA- SSDs.

Diese Leistungsunterschiede bei NVMe resultieren aus der Tatsache, dass herkömmliche All-Flash-Array-Controller-Architekturen nicht die vollen Leistungsvorteile der NVMe-SSDs ausschöpfen können. Eine der ursprünglichen Absichten war es, die Leistung von Festplatten zu beschleunigen. Bei NVMe-SSDs stehen die Array-Controller im Weg. Um die Leistung von NVMe SSDs zu entfesseln, müssen sich Array-Controller ebenso weiterentwickeln wie die Speichernetzwerkprotokolle, die die Hosts zur Kommunikation mit All-Flash-Arrays verwenden.

Mit NVMe auf All-in gehen

Um den vollen Leistungsschub zu erzielen, den NVMe SSDs in All-Flash-Arrays bieten, müssen Unternehmen diejenigen verwenden, die eine End-to-End-NVMe-Konnektivität bieten. Diese All-Flash-Arrays bieten Frontend-NVMe-oF-Konnektivität zu Hosts über FC- und Ethernet-Netzwerke und Backend-Konnektivität zu NVMe-SSDs. Dieses Design ermöglicht es dem Host, direkt mit den NVMe-SSDs über das native NVMe-Protokoll zu kommunizieren und native NVMe-Befehle über Ethernet- und FC-Speichernetzwerke zu senden, die über die Controller des All-Flash-Arrays laufen.

Funktionsweise von NVMe over Fabrics (NVMe-oF)
Abbildung 2: Funktionsweise von NVMe over Fabrics (NVMe-oF)

All-Flash-Array-Anbieter wie Pavilion Data teilten bereits mit, dass Anwendungen theoretisch Latenzzeiten von unter 200 Mikrosekunden, mehr als100 GBytes Durchsatz und mehrere Millionen IOPS erreichen können. Anwender, die maschinelles Lernen und prädiktive Analysen einsetzen oder Videos verarbeiten, benötigen diese NVMe-Leistung mit Sicherheit.

Aber seien Sie gewarnt, es gibt Risiken und Nebenwirkungen. Pavilion Data bietet zwar Datenverwaltungsdienste mit minimaler Latenzzeit – einstellige Mikrosekunden – unter Verwendung von Controllern, die eher an die Line Cards in Ethernet-Switches von Cisco erinnern. Sie weichen im Formfaktor deutlich von den ersten Generationen der Array-Controller ab.

Unternehmen müssen außerdem zwangsläufig die Breite des NVMe-Einsatzes in ihrer Umgebung begrenzen. NVMe-oF-Treiber für Betriebssysteme sind nur für die neuesten Versionen von Linux, wie Red Hat Enterprise Linux 7.4 oder höher, und möglicherweise vom Anbieter von All-Flash-Arrays direkt verfügbar. Insbesondere sind NVMe-oF-Treiber noch nicht bei allen großen Betriebssystemanbietern wie Microsoft und VMware erhältlich.

Warten Sie ruhig bis sich die Aufregung gelegt hat

Unternehmen können jetzt mit All-Flash-Arrays, die NVMe SSDs auf ihrem Backend unterstützen, einige Leistungsvorteile erzielen. Auch durch einen End-to-End-NVMe-Einsatz sind Leistungssteigerungen möglich. Aber die meisten Unternehmen werden feststellen, dass sie mehr Flexibilität, Leistung und mehr Geld erzielen, wenn sie ein oder zwei Jahre warten. Sich aggressiv in das Thema NVMe-Storage-Arrays zu stürzen ist nicht die beste Idee. All-Flash-Array-Architekturen, wie sie demnächst von Anbietern wie Kaminario und Tegile kommen werden, entkoppeln den All-Flash-Array-Controller von den Backend-NVMe-SSDs und schaffen so die Grundlagen, um eine Speicher-Architektur aufzusetzen.

Mit dieser Architektur können Anwendungen zwischen den Datenverwaltungsfunktionen eines All-Flash-Arrays und seinen Leistungsmerkmalen wählen. Wenn eine Anwendung die Leistungssteigerung benötigt, die NVMe SSDs bieten, aber auch die Datenverwaltungsfunktionen von Array-Controllern wie LUN-Verwaltung,Snapshots und Replikation, kann sie über die Array-Controller auf die NVMe-SSDs zugreifen und sowohl Datenverwaltung als auch eine Leistungssteigerung erzielen.

Wenn eine Anwendung jedoch die volle NVMe-Leistungssteigerung benötigt, die die NVMe-SSDs des All-Flash-Arrays bieten, kann sie den All-Flash-Array-Controller umgehen und über NVMe-oF direkt auf die NVMe-SSDs des Arrays zugreifen.

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Artikel wurde zuletzt im Februar 2019 aktualisiert

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