NVMe-oF, was ist dieses Protokoll für den Zugriff auf die SSD über das Netzwerk

Nach und nach ist die Abkehr von der Festplatte eine Tatsache und die Verwendung von Solid State Drives nimmt immer mehr zu. Dieser Wandel vollzieht sich jedoch nicht nur in der Welt der Heimcomputer, sondern auch bei Servern. Das NVMe-oF-Protokoll hat viel mit all dem zu tun. Wofür stehen diese Akronyme und warum können sie die Zukunft des PC-Speichers prägen?

Der fortschreitende Übergang zum Einsatz von NVMe-SSDs als Speicher in allen Bereichen des Computing geht stetig, deterministisch und ungebremst weiter. Dazu gehören Netzwerksysteme, die heute mehrere Computer miteinander kommunizieren, entweder in einem lokalen Netzwerk oder in einem Rechenzentrum.

NVMe-oF

Die meisten Speichereinheiten sind vom Typ DAS oder Direct Access Storage, bei dem nur der PC, auf dem diese Einheit installiert ist, auf ihren Inhalt zugreifen kann, und daher ist es in einer Netzwerkumgebung erforderlich, Protokolle zu entwickeln, die beispielsweise in einer Rechenzentrumsumgebung verwendet werden oder ein Supercomputer, der aus Dutzenden oder Hunderten von Laufwerken besteht, ermöglicht den Zugriff auf die gesamte Speicherinfrastruktur.

Wie funktioniert die Kommunikation in einem Rechenzentrum?

Speicherbereichsnetzwerk

Bevor wir darauf eingehen, wie NVMe-oF funktioniert und woraus es besteht. Wir müssen bedenken, dass die Technologien, die in einem Rechenzentrum oder einem lokalen Netzwerk verwendet werden, um seinen internen Speicher miteinander zu kommunizieren, als SAN bezeichnet werden, was für steht Lagerfläche Netzwerk oder lokaler Netzwerkspeicher. Dafür kommen heute drei verschiedene Technologien zum Einsatz, die alle auf dem altgedienten SCSI basieren.

  • Fibre-Channel-Protokoll (FCP): It ist ein Protokoll, das transportiert SCSI-Befehle über ein Glasfasernetz , kann aber auch über Kupferleitungen erfolgen. Ihre Geschwindigkeiten können zwischen 1 und 128 GB/s liegen.
  • iSCSI: Was kombiniert die TCP/IP-Internetprotokoll und SCSI-Befehle . Diese basiert auf herkömmlichen Netzwerkkarten und ist für Netzwerke mit sehr geringer Bandbreite ausgelegt, da sie auf deren Ethernet-Fähigkeiten beschränkt ist. Also Geschwindigkeiten von 1 GB / s sind zwar üblich 10 GB / s sind in letzter Zeit zu sehen.
  • Seriell angeschlossenes SCSI: die am häufigsten verwendete von allen und basiert auf SAS-Kabeln die den Anschluss von bis zu 128 Speichereinheiten über Host-Bus-Adapter oder HBAs ermöglichen. Die Geschwindigkeit dieser kann 3 GB/s, 6 GB/s, 12 GB/s und sogar 22.5 GB/s betragen.

Alle diese Technologien sollen jedoch mit herkömmlichen Plattenlaufwerken kommunizieren. Und wir müssen davon ausgehen, dass der Zugriff auf eine Festplatte anders ist als bei einem Flash-basierten Laufwerk. Was macht die Verwendung dieser Protokolle nicht am besten geeignet.

Was ist NVMe-oF?

NVMe-OF

Nun, sie sind das Akronym für NVMe over Fabric, und dieses Protokoll wurde nicht nur für die Kommunikation mit Flash- oder nichtflüchtigen Speichereinheiten geplant, sondern auch für die Kommunikation der verschiedenen Elemente in einem System über Interkommunikationsinfrastrukturen. Wir müssen verstehen, dass wir uns auf eine Kommunikationsstruktur zwischen zwei Elementen beziehen. Das können zwei Prozessoren sein, a RAM und einen Prozessor, einen Beschleuniger und einen ROM-Speicher und so weiter. Vergessen wir nicht, dass die für diesen Fall verwendeten Topologien dieselben Strukturen wie in der Telekommunikation verwenden, jedoch in einem sehr kleinen Maßstab.

Dies wird jedoch verwendet, um NVMe-SSDs über das Netzwerk zu kommunizieren. Entweder um verschiedene Elemente an die zu kommunizieren CPU innerhalb desselben PCs oder andernfalls über eine Netzwerkkarte. Wir sprechen also von großen Rechenzentren. Der Vorteil der Verwendung von NVMe-oF? Nun, im Vergleich zu den in Festplatten verwendeten SATA- und SAS-Protokollen können diese eine Warteschlange von bis zu unterstützen 65,000 End-to-End-Anfragen und bis zu 65,000 verschiedene Befehle pro Anfrage , im Vergleich zu einer einzelnen von 1 einzelnen Anfrage und weniger als 256 Befehlen. . Dies ist der Schlüssel in Umgebungen mit immer mehr Kernen, die Datenanforderungen an Speicher stellen, die das Netzwerk überlasten könnten.

Arten von NVMe-OF

Derzeit gibt es zwei Varianten, und zwar die folgenden:

  • NVMe-of mit Glasfaserkanal: das entwickelt wurde, um sich in bestehende Rechenzentren und Server zu integrieren, indem es alte Protokolle wie SCSI unterstützt. Dies erleichtert den Übergang zur Verwendung von Flash-Laufwerken in bestehenden Rechenzentren und Servern.
  • NVMe über Ethernet: die für zwei Computer verwendet wird, um Daten auszutauschen Direkter Remote-Speicherzugriff (RDMA) und bezieht sich damit darauf, dass zwei Computer den Inhalt ihrer Flash-Speicher in NVMe-SSDs austauschen können, ohne dass die CPU eines der beiden Systeme in den Vorgang eingreift. In diesem Fall verwendet die Kommunikation nicht die sogenannten SCSI-Pakete.

Vergessen wir nicht, dass NAND-Flash-Speicher auch als nichtflüchtiger RAM bezeichnet werden, da sie beim Zugriff dieselbe Art wie RAM haben, nur dass sie keine Informationen verlieren, wenn sie keine elektrische Ladung mehr erhalten. Dies ermöglicht den Einsatz von Technologien, die verwendet werden, um zwei getrennte RAM-Speicher miteinander zu kommunizieren, um dies mit den verschiedenen Flash-Speichern zu tun.

Von welchen Geschwindigkeiten reden wir?

Vergessen wir nicht, dass NVMe-SSDs PCI-Express-Schnittstellen verwenden, sodass die Glasfaser-basierte Version davon einer der möglichen Kandidaten sein wird, um die verschiedenen NVMe-SSDs innerhalb der Infrastruktur eines Rechenzentrums oder eines lokalen Netzwerks zu verbinden. Ethernet wird sich jedoch noch lange als Standard-Kommunikationsprotokoll für Netzwerke durchsetzen. Es besteht kein Zweifel, dass Netzwerkschnittstellen mit Geschwindigkeiten von 50, 100 und sogar 200 Gigabit pro Sekunde befinden sich in der Entwicklung und werden bald in Rechenzentren eingesetzt.

Die Zukunft von NVMe-oF liegt auch auf dem PC

Xbox-Geschwindigkeit

Das in NVMe-oF integrierte RDMA ist keine neue Technologie, da es seit Jahren in Nischenmärkten implementiert wird, da die integrierten Netzwerkcontroller oder NICs mit RDMA sehr teuer waren und hochspezialisierte Techniker für ihre Wartung erforderten. seine Umsetzung war teuer. Aber auch auf Desktop-PCs wird es in Zukunft entscheidend sein. Der Grund dafür ist, dass sich die internen Infrastrukturen der Prozessoren zu dem entwickeln, was wir NoC nennen. In ihnen hat jedes Element des Prozessors eine kleine integrierte Netzwerkkarte und eine IP-Adresse, mit der es mit den übrigen Elementen über einen in den Prozessor integrierten Netzwerkprozessor kommunizieren kann.

Für jeden, der sich mit der Materie auskennt, ist es kein Geheimnis, dass der nächste Schritt, genauso wie Netzwerkcontroller in CPUs integriert wurden, darin besteht, dies mit den Flash-Controllern zu tun, die in NVMe-SSDs zu finden sind. Darüber hinaus besteht der Vorteil der internen Implementierung von NVMe-oF darin, dass die CPU keine Reihe von Prozessen ausführen muss, um auf Daten von einer Einheit zu einer anderen innerhalb eines Computers zuzugreifen.

Das heißt, in Zukunft werden auf unserem PC dieselben Protokolle zu sehen sein, die auf der Ebene von Rechenzentren und großen Servern verwendet werden, um nicht nur mit dem NVMe zu kommunizieren SSD Einheiten in ihnen, aber so, dass jedes Element anders an die CPU kommuniziert werden kann. Wir werden einfach diese Protokolle wie die in DirectStorage verwendeten löschen, die Ihnen Zugriff auf die SSD von der GPU ohne den Prozessor durchlaufen zu müssen, basieren auf NVMe-oF.