Neues E-Book „NVMe für performanten Storage – Bedeutung, Aufbau, Nutzen, Trends“ Geschwindigkeit hat ihren Preis

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Um den Hunger nach Speicherkapazität, der im Zeitalter von IoT, Big Data und KI entstanden ist, zu befriedigen, haben Speicherhersteller zunehmend auch All-Flash-Arrays oder Hybriden mit HDDs gebaut. Während Festplatten mit bis 32 TB Kapazität heute schon auf dem Markt sind, um relativ preiswerten Speicher zu bieten, sucht das hochpreisige Flash-Memory noch seine Nischen im Markt.

Im Markt müssen die Dienstleister (CSPs, MSPs) danach streben, möglichst viel Speicherkapazität erstens zum günstigsten Preis, mit maximalem Datendurchsatz, minimalem Energieverbrauch und geringen Platzbedarf zu betreiben. Diese Anforderungen zu erfüllen, hält die Betreiber und IT-Architekten in Atem – Innovationen sind gefragter denn je.

Die Antwort besteht vor allem in großen Flash-Memory-Laufwerken. QLC-SSDs eignen sich für Anwendungsbereiche, in denen Lesevorgänge gefragter sind als Schreibvorgänge. Dazu gehören KI, NoSQL-Datenbanken, Streaming-Medien und Analytik. Manche Hersteller verbauen Direct-Flash-Module mit derzeit 75 TiB Kapazität, aus denen in Kürze 300 TiB pro Modul werden sollen. In einem DFM fehlt der Controller, der als Flaschenhals angesehen wird. In einem AFA-Gerät ließen sich dann 9 PB unterbringen. Der Energieverbrauch dieses Racks? Etwas über einer Kilowattstunde.

Vor wenigen Jahren kam mit NVMe ein Übertragungsprotokoll zum Einsatz, das auf das Koppeln von Flash-SSDs an den PCIe-Bus (derzeit PCIe 5) zugeschnitten war. NVMe over Fabrics (NVMe oF) ist eine Erweiterung des NVMe-Netzwerkprotokolls für Ethernet und Fibre Channel, das eine schnellere und effizientere Konnektivität zwischen Storage und Servern erlaubt. Erweiterungen für TCP/IP, RDMA und CXL entstehen gerade oder sind schon realisiert. Es begünstigt zudem die Verringerung der CPU-Nutzung in Anwendungs-Hostservern. Da der Umweg über die CPU die meisten Anwendungen ausbremst, werden netzwerkgestützte Anwendungen performanter. Das käme den erwähnten Anforderungen der IT-Nutzer entgegen.

NVMe oF

Mit NVMe oF lassen sich performante und skalierbare All-Flash-Arrays (AFAs) aufbauen. In Kombination mit dem verlustfreien Fibre Channel bildet NVMe oF den nächsten Schritt in der Evolution von AFA. Unternehmensapplikationen können jetzt auf geteiltem Netzwerkspeicher laufen, der hohe Netzwerkübertragungsgeschwindigkeiten (128 GB/s) und eine größere Bandbreite – ohne Infiniband – unterstützt.

Das erlaubt die Konsolidierung von Applikations-Workloads im Rechenzentrum und die Abschaffung von Datensilos, die bis jetzt auf Direct Attached Storage (DAS) angewiesen waren. Dessen Latenzzeiten werden von NVMe oF erreicht oder unterboten. NVMe oF ist wesentlich effizienter hinsichtlich I/O-Verarbeitung als iSCSI und macht die gesamte Architektur paralleler, wodurch Flaschenhälse in modernen Applikationen beseitigt werden.

Eine der idealen Anwendungen von NVMe oF sind Tier-0- und Tier-1-Block-Storage-Anwendungen wie Backup/Disaster Recovery. Vielfach werden auch File-Storage und Object-Storage unterstützt. Jüngste Produkte machen bereits Festplatten-Arrays, Hybrid-Arrays und sogar Mainframes Konkurrenz, sowohl bezüglich IOPS als auch Speicherkapazität im PB-Bereich.

Mehr Energieeffizienz

Ein Schwachpunkt aller Storage-Arrays sind bislang der Energieverbrauch und der Platzbedarf. Das ist inzwischen ein „No-go“. Während sich durch Konsolidierung auf AFAs mit hoher Speicherkapazität der Platzbedarf minimieren lässt, kann der Energieverbrauch nur schrittweise reduziert werden. Mit Kompression und Deduplizierung sind durch Datenreduktion 30 Prozent erzielbar, mit höherer Speicherdichte des Laufwerks weitere rund 40 Prozent, mit höherer Effizienz auf Systemebene weitere 15 Prozent, rechnet Pure Storage vor: insgesamt 85 Prozent.

Was ist jedoch unter „höherer Speicherdichte des Laufwerks“ und „Systemeffizienz“ zu verstehen, fragt sich der Interessent. Hersteller wie Samsung haben Anfang 2024 einen technischen Durchbruch für NVMe-Laufwerke erzielt. Künftig soll das Verfahren „Flexible Data Placement“ (FDP) die bisherigen Methoden des Write Amplification Factor (WAF) und der Garbage Collection ablösen oder zu verringern. Das für Linux bereits verfügbare FDP-Verfahren stabilisiert und verringert den Cache-Bedarf durch WAF und steigert so die Leistung, bei zugleich geringerem Energieverbrauch. Bessere Befehlssätze für FDP und Memory sollen seit Ende 2024 weitere Einsparungen von insgesamt 50 Prozent erbringen. Nähere Details bietet das Kapitel 4 unseres neuen E-Books.

Der Aufbau dieses E-Books

Das E-Book führt ausführlich in das Thema NVMe ein und erläutert in den Kapiteln 1 und 2 die Vorteile und Unterschiede zu herkömmlichen Speicherlösungen. Kapitel 3 zeigt die jüngsten Produkte verschiedener Hersteller auf. Kapitel 4 ergänzt diese Liste mit innovativen Produkten etwa von Fadu und Samsung.

Der Autor hat die Präsentation der Roadmap von Fadu und der Standardisierungsforums für den NVMe-Standard persönlich gesehen und kann versichern, dass sich noch sehr viele Neuerungen auf dem Weg zum Storage-Markt befinden, um NVMe noch attraktiver zu machen.

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