NVMe-oF, что это за протокол для доступа к SSD по сети

Поступательный переход к использованию NVMe SSD для хранения во всех секторах вычислений продолжается стабильно, детерминированно и без тормозов. Сюда входят сетевые системы, которые сегодня связывают друг с другом несколько компьютеров либо в локальной сети, либо в центре обработки данных.

Большинство единиц хранения относятся к типу DAS или хранилища с прямым доступом, в котором только ПК, на котором установлено указанное устройство, может получить доступ к его содержимому, и, следовательно, в сетевой среде необходимо разработать протоколы, которые, например, в среде центра обработки данных или суперкомпьютер, состоящий из десятков или сотен дисков, обеспечивает доступ ко всей инфраструктуре хранения.

Как устроена связь в дата-центре?

Прежде чем перейти к тому, как работает NVMe-oF и из чего он состоит. Мы должны иметь в виду, что технологии, используемые в центре обработки данных или локальной сети для обмена данными между его внутренним хранилищем, называются SAN, что означает Зона хранения Cеть или локальное сетевое хранилище. Для этого сегодня используются три разные технологии, все они основаны на ветеране SCSI.

• Протокол Fibre Channel (FCP): это это протокол, который транспортирует Команды SCSI через оптоволоконную сеть , хотя это также можно сделать по медным линиям. Их скорости могут варьироваться от 1 до 128 ГБ/с.
• iSCSI: Что объединяет Интернет-протокол TCP/IP и команды SCSI . Это основано на обычных сетевых картах и ​​предназначено для сетей с очень низкой пропускной способностью, поскольку оно ограничено их возможностями Ethernet. Таким образом, скорости 1 Гб / с распространены, хотя 10 Гб / с в последнее время начинают появляться.
• SCSI с последовательным подключением: наиболее используемый из всех и основанный на кабелях SAS которые позволяют подключить до 128 единиц хранения через адаптеры главной шины или HBA. Их скорость может быть 3 ГБ/с, 6 ГБ/с, 12 ГБ/с и даже 22.5 ГБ/с.

Однако все эти технологии предназначены для связи с обычными дисковыми накопителями. И мы должны предположить, что доступ к жесткому диску отличается от доступа к флэш-накопителю. Что делает использование этих протоколов не самым целесообразным.

Что такое NVMe-oF?

Что ж, это аббревиатура от NVMe over Fabric, и этот протокол был запланирован не только для связи с флэш-памятью или модулями энергонезависимой памяти, но и для взаимодействия различных элементов в системе через инфраструктуру взаимодействия. Мы должны понимать, что имеем в виду коммуникационную структуру между двумя элементами. Это могут быть два процессора, Оперативная память и процессор, ускоритель и ПЗУ и так далее. Не будем забывать, что топологии, используемые для этого случая, используют те же структуры, что и в телекоммуникациях, но в очень небольшом масштабе.

Однако это будет использоваться для обмена данными с NVMe SSD по сети. Либо сообщать различные элементы ЦП на том же ПК или через сетевую карту. Итак, речь идет о крупных дата-центрах. Преимущество использования NVMe-oF? Ну, по сравнению с протоколами SATA и SAS, используемыми в жестких дисках, они способны поддерживать очередь до 65,000 65,000 сквозных запросов и до XNUMX XNUMX различных команд на запрос , по сравнению с одним из 1 отдельного запроса и менее 256 команд. . Это важно в средах, где все больше и больше ядер делают запросы данных к хранилищу, что может привести к перегрузке сети.

Типы NVMe-OF

В настоящее время существует два варианта, а именно:

• NVMe-оф с оптоволоконным каналом: который был разработан для интеграции в существующие центры обработки данных и серверы за счет поддержки старых протоколов, таких как SCSI. Это облегчит переход на использование флешек в существующих центрах обработки данных и серверах.
• NVMe через Ethernet: который используется для двух компьютеров для обмена данными через удаленный прямой доступ к памяти (RDMA) и, следовательно, относится к тому факту, что два компьютера могут обмениваться содержимым своих флэш-памяти на твердотельных накопителях NVMe без вмешательства ЦП любой системы в процесс. В этом случае для связи не используются так называемые пакеты SCSI.

Не будем забывать, что флэш-память NAND также называют энергонезависимой оперативной памятью из-за того, что их природа при доступе к ним такая же, как и у ОЗУ, только они не теряют информацию, когда перестают получать электрический заряд. Это позволяет использовать технологии, используемые для взаимодействия двух отдельных RAM-памятей с разными флэш-памятями.

О каких скоростях идет речь?

Не будем забывать, что твердотельные накопители NVMe используют интерфейсы PCI Express, поэтому версия на основе оптоволокна будет одним из возможных кандидатов для подключения различных твердотельных накопителей NVMe в инфраструктуре центра обработки данных или локальной сети. Однако Ethernet еще долго будет доминировать в качестве стандартного протокола связи для сетей. Нет сомнения, что сетевые интерфейсы на скоростях 50, 100 и даже 200 гигабит в секунду находятся в разработке и вскоре будут развернуты в центрах обработки данных.

Будущее NVMe-oF также за ПК

RDMA, интегрированный в NVMe-oF, не является новой технологией, так как он годами внедрялся на нишевых рынках из-за того, что интегрированные сетевые контроллеры или сетевые карты с RDMA были очень дорогими и для их обслуживания требовались высококвалифицированные специалисты. его реализация была дорогой. Однако в будущем он станет ключевым даже на настольных ПК. Причина этого в том, что внутренняя инфраструктура процессоров развивается до того, что мы называем NoC. В них каждый элемент процессора имеет небольшую встроенную сетевую карту и IP-адрес для связи с остальными элементами через то, что мы могли бы назвать сетевым процессором, интегрированным в процессор.

Ни для кого не секрет, что точно так же, как сетевые контроллеры были интегрированы в ЦП, следующим шагом будет сделать то же самое с контроллерами флэш-памяти, найденными в твердотельных накопителях NVMe. Кроме того, преимущество внутренней реализации NVMe-oF заключается в том, что центральному процессору не нужно выполнять серию процессов для доступа к данным от одного устройства к другому внутри компьютера.

То есть в будущем на нашем ПК будут видны те же протоколы, которые будут использоваться на уровне центров обработки данных и крупных серверов, чтобы не только взаимодействовать с NVMe SSD единицы внутри них, но так, чтобы каждый элемент мог по-разному взаимодействовать с ЦП. Мы просто отбросим протоколы, подобные тем, что используются в DirectStorage, которые дают вам доступ к SSD из GPU / ГРАФИЧЕСКИЙ ПРОЦЕССОР без прохождения через процессор основаны на NVMe-oF.