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Was ist NVMe?

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Definitionen zu NVMe, NVME SSD, NVMe-oF, NVMe/FC und NVMe/TCP

NVMe (Nonvolatile Memory Express) ist ein neues Storage-Zugriffs- und Transportprotokoll für Flash und Solid State Drives (SSDs) der neuesten Generation, das den bisher höchsten Durchsatz und die kürzesten Reaktionszeiten für alle Arten von Enterprise-Workloads bietet.

Bei Consumer-Apps und geschäftlichen Abläufen erwarten Benutzer heute immer kürzere Reaktionszeiten, auch wenn die Komplexität und Ressourcenabhängigkeit der Applikationen selbst immer stärker zunimmt.

Damit Benutzer von hoher Bandbreite und niedriger Latenz profitieren, greift das NVMe-Protokoll über einen PCIe-Bus (PCI Express) auf Flash-Storage zu. Dieser unterstützt Zehntausende von parallelen Befehlswarteschlangen und ist damit viel schneller als Festplatten und herkömmliche All-Flash-Architekturen, die alle auf eine einzelne Befehlswarteschlange beschränkt sind.

Die NVMe-Spezifikation nutzt die Vorteile von nichtflüchtigem Speicher in allen Arten von Computing-Umgebungen. Zudem ist diese Spezifikation zukunftssicher – sie bietet die Möglichkeit einer Erweiterung durch Technologien für persistenten Speicher, die heute noch nicht erfunden sind.

Vorteile von NVMe für Storage

Die Zeit ist reif – NVMe-Storage ist mit Blick auf Datacenter in Unternehmen eine großartige Neuigkeit, denn damit kann Zeit eingespart werden.

  • Anders als Protokolle, die noch aus den Zeiten mechanischer Festplatten stammen, nutzt NVMe nicht nur Solid-State-Storage, sondern auch die heutigen Multi-Core-CPUs und Gigabyte an Speicher.
  • Ein weiterer Vorteil bei NVMe-Storage sind optimierte Befehlssätze für die effiziente Analyse und Bearbeitung von Daten.

Anwendungsfälle für NVMe

NVMe-Storage wird bereits in Business-Szenarien eingesetzt, in denen jede Mikrosekunde zählt:

NVMe over Fabrics (NVMe-oF)

NVMe ist nicht einfach nur schnellerer Flash-Storage, sondern auch ein End-to-End-Standard für eine sehr viel effizientere Datenübertragung zwischen Storage-Systemen und Servern.

  • NVMe over Fabrics erschließt die NVMe-Performance- und  -Latenzvorteile auch für Netzwerkstrukturen wie Ethernet, Fibre Channel und InfiniBand.
  • NVMe over Fabrics bietet höhere IOPS-Werte und niedrigere Latenz – vom Host-Software-Stack über die Data-Fabric-Architektur bis hin zum Storage-Array.

NVMe over Fibre Channel (NVMe/FC)

NetApp® ONTAP® bietet aktuell Unterstützung für NVMe over Fibre Channel.

Viele Unternehmen haben ihre gesamte Infrastruktur um Fibre Channel herum aufgebaut. Gründe hierfür sind die Performance und Zuverlässigkeit sowie die Unterstützung von Fabric-basiertem Zoning und Name Services.

Applikationen wie Datenbanken werden mit dem NVMe/FC-Protokoll viel schneller ausgeführt als mit FCP (SCSI-Protokoll mit einer zugrunde liegenden Fibre-Channel-Verbindung). ONTAP NVMe/FC-Datenverkehr kann über dieselbe Fibre-Channel-Fabric Architektur laufen wie FCP-Datenverkehr– der Einstieg in NVMe/FC ist also unkompliziert. Für viele Kunden mit ONTAP All Flash FAS Systemen braucht es hierfür nichts weiter als ein unterbrechungsfreies Software-Upgrade.

NVMe over Fibre Channel for Dummies

NVMe over TCP (NVMe/TCP)

Genau wie NVMe/FC eröffnet auch NVMe/TCP einen Weg zum Erreichen von NVMe-oF – die Übertragung läuft bei NVMe/TCP aber über Ethernet, und NVMe-Befehle und -Daten sind in ein TCP-Datagramm eingekapselt. 

NVMe/TCP ermöglicht im Vergleich zu iSCSCI eine größere Anzahl von Warteschlangen und Warteschlangenpfaden für den Datentransport. Damit steigt der Durchsatz enorm, während die Latenz deutlich sinkt. 

Der besondere Vorteil von NVMe/TCP besteht darin, dass für die Implementierung keine spezielle Hardware erforderlich ist. Wie bei iSCSI sind auch bei NVMe/TCP beliebige Ethernet-NICs und -Switches einsetzbar – Implementierung und Wartung werden dadurch einfacher und kostengünstiger. Da die Implementierung in jedem TCP-Netzwerk möglich ist, kann NVMe/TCP sowohl On-Premises als auch in der Cloud genutzt werden. Die extreme Flexibilität macht NVMe/TCP besonders attraktiv für Cloud-Serviceprovider, die eine Block-Storage-Lösung anbieten möchten. Performance-Verbesserungen, Cloud-Flexibilität, niedrigere Gesamtbetriebskosten und einfache Implementierung – aufgrund dieser Faktoren wird iSCSI künftig zunehmend durch NVMe/TCP ersetzt werden.

Bei dualer Unterstützung von NVMe/FC und NVMe/TCP können Kunden wählen, welches Protokoll sie einsetzen möchten, um die Anforderungen ihrer modernen SAN-Infrastruktur optimal zu erfüllen. Es besteht sogar die Möglichkeit, beide Protokolle gleichzeitig zu nutzen oder nach Belieben von einem zum anderen zu wechseln. Unternehmen und Cloud-Serviceprovider können damit auf einfache und flexible Weise die Performance optimieren und die Kosten senken.

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