NVMe-oF, co je to za protokol pro přístup k SSD přes síť

Progresivní přechod k používání NVMe SSD pro ukládání ve všech sektorech výpočetní techniky pokračuje plynule, deterministicky a bez brzd. Patří sem síťové systémy, které dnes mezi sebou komunikují několik počítačů, ať už v lokální síti nebo v datovém centru.

Většina úložných jednotek je typu DAS nebo Direct Access Storage, ve kterých má k jejímu obsahu přístup pouze PC, na kterém je tato jednotka nainstalována, a proto je v síťovém prostředí nutné vyvinout protokoly, které například v prostředí datového centra nebo superpočítač složený z desítek či stovek disků umožňuje přístup k celé infrastruktuře úložiště.

Jak probíhá komunikace v datovém centru?

Než se podíváme na to, jak NVMe-oF funguje a z čeho se skládá. Musíme mít na paměti, že technologie používané v datovém centru nebo místní síti pro vzájemnou komunikaci jejich interního úložiště se nazývají SAN, což znamená Skladovací prostor Síť nebo místní síťové úložiště. K tomu se dnes používají tři různé technologie, všechny založené na veteránském SCSI.

• Protokol Fibre Channel Protocol (FCP): It je protokol, který přenáší SCSI příkazy prostřednictvím optické sítě , i když to lze provést i přes měděné vedení. Jejich rychlosti se mohou pohybovat od 1 do 128 GB/s.
• iSCSI: Co kombinuje Internetový protokol TCP/IP a příkazy SCSI . Toto je založeno na konvenčních síťových kartách a je navrženo pro sítě s velmi nízkou šířkou pásma, protože je omezeno jejich schopnostmi Ethernet. Takže rychlosti 1 GB / s jsou běžné, i když 10 GB / s začínají být v poslední době vidět.
• Sériově připojené SCSI: nejpoužívanější ze všech a založený na kabelech SAS které umožňují připojení až 128 úložných jednotek prostřednictvím adaptérů hostitelské sběrnice nebo HBA. Jejich rychlost může být 3 GB/s, 6 GB/s, 12 GB/s a dokonce 22.5 GB/s.

Všechny tyto technologie jsou však určeny ke komunikaci s konvenčními diskovými jednotkami. A musíme předpokládat, že přístup k pevnému disku se liší od přístupu k jednotce flash. Proč není použití těchto protokolů nejvhodnější.

Co je NVMe-oF?

Jsou to zkratky pro NVMe over Fabric a je to tak, že tento protokol nebyl plánován pouze pro komunikaci s flashovými nebo energeticky nezávislými paměťovými jednotkami, ale také pro vzájemnou komunikaci různých prvků v systému prostřednictvím interkomunikačních infrastruktur. Musíme pochopit, že máme na mysli komunikační strukturu mezi dvěma prvky. Což mohou být dva procesory, a RAM a procesor, akcelerátor a paměť ROM a tak dále. Nezapomínejme, že topologie použité pro tento případ využívají stejné struktury jako v telekomunikacích, ale ve velmi malém měřítku.

To se však bude používat pro komunikaci NVMe SSD přes síť. Buď komunikovat různé prvky procesor ve stejném počítači nebo v případě selhání prostřednictvím síťové karty. Mluvíme tedy o velkých datových centrech. Výhoda použití NVMe-oF? Ve srovnání s protokoly SATA a SAS používanými v pevných discích jsou tyto schopné podporovat frontu až 65,000 65,000 end-to-end požadavků a až XNUMX XNUMX různých příkazů na požadavek ve srovnání s jedním z 1 jediného požadavku a méně než 256 příkazů. . Což je klíčové v prostředích s více a více jádry, která požadují data na úložiště, která by mohla zahltit síť.

Typy NVMe-OF

V současné době existují dvě varianty, které jsou následující:

• NVMe-of s kanálem z optických vláken: který byl navržen pro integraci do stávajících datových center a serverů podporou starých protokolů, jako je SCSI. To usnadní přechod na používání flash disků ve stávajících datových centrech a serverech.
• NVMe přes Ethernet: který se používá pro dva počítače k ​​výměně dat vzdálený přímý přístup do paměti (RDMA) a proto odkazuje na skutečnost, že dva počítače si mohou vyměňovat obsah svých flash pamětí na NVMe SSD, aniž by do procesu zasahoval CPU kteréhokoli systému. V tomto případě komunikace nevyužívá tzv. SCSI pakety.

Nezapomeňme, že paměti NAND Flash se také nazývají energeticky nezávislé paměti RAM, protože jejich povaha při přístupu k nim je stejná jako u RAM, pouze neztrácejí informace, když přestanou přijímat elektrický náboj. To umožňuje nasazení technologií používaných k vzájemné komunikaci dvou samostatných pamětí RAM, aby se tak stalo s různými flash pamětmi.

O jakých rychlostech se bavíme?

Nezapomínejme, že NVMe SSD používají rozhraní PCI Express, takže verze na bázi optických vláken bude jedním z možných kandidátů pro připojení různých NVMe SSD v rámci infrastruktury datového centra nebo místní sítě. Ethernet však bude jako standardní komunikační protokol sítí dominovat ještě dlouho. Není pochyb o tom, že síťová rozhraní rychlostí 50, 100 a dokonce 200 gigabitů za sekundu byly ve vývoji a brzy budou nasazeny v datových centrech.

Budoucnost NVMe-oF je také na PC

RDMA integrovaná v NVMe-oF není nová technologie, protože byla implementována na úzce specializovaných trzích již léta, protože integrované síťové řadiče nebo NIC s RDMA byly velmi drahé a vyžadovaly vysoce specializované techniky pro jejich údržbu. jeho realizace byla nákladná. Klíčový však bude v budoucnu i na stolních PC. Důvodem je to, že vnitřní infrastruktury procesorů se vyvíjejí k tomu, co nazýváme NoC. V nich má každý prvek procesoru malou integrovanou síťovou kartu a IP adresu, se kterou komunikuje se zbytkem prvků prostřednictvím toho, co bychom mohli nazvat síťovým procesorem integrovaným v procesoru.

Není žádným tajemstvím pro každého, kdo má o této záležitosti znalosti, že stejně jako síťové řadiče byly integrovány do CPU, dalším krokem je udělat to s řadiči flash, které se nacházejí v NVMe SSD. Kromě toho je výhodou interní implementace NVMe-oF to, že CPU nemusí provádět řadu procesů pro přístup k datům z jedné jednotky do druhé v počítači.

To znamená, že v budoucnu budou na našem PC k vidění stejné protokoly, jaké budou používány na úrovni datových center a velkých serverů, abychom nejen komunikovali s NVMe. SSD jednotky v nich, ale tak, aby každý prvek mohl být s CPU komunikovat jinak. Jednoduše zrušíme protokoly, jako jsou ty používané v DirectStorage, které vám umožňují přístup k SSD z GPU bez nutnosti procházet procesorem jsou založeny na NVMe-oF.