Non-Volatile Memory Express over Fabrics Was ist NVMe over Fabrics (NVMe oF)?

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NVMe over Fabrics (zuweilen auch: NVMe over Fabric) ist eine Protokollspezifikation und Technologie, mit der sich Flash-basierter Storage über Netzwerke mit Hosts verbinden lässt. NVMe oF erweitert das für den Anschluss von Flash-Speichern über den PCIe-Bus entwickelte NVMe-Protokoll um die benötigten Transportfunktionen.

Die Abkürzung NVMe oF bedeutet ausgeschrieben „Non-Volatile Memory Express over Fabrics“. Es handelt sich um eine Protokollspezifikation und eine Technologie, die für die Verbindung Flash-basierter Storage-Systeme mit Hosts über Netzwerke vorgesehen ist.

NVMe oF stellt eine Erweiterung der NVMe-Spezifikation dar. Das NVMe-Protokoll wurde ursprünglich für die Anbindung von Flash-Speichern über den PCIe-Bus entwickelt. Während das NVMe-Übertragungsprotokoll aber nur für lokale Speicherzugriffe über den PCIe-Bus vorgesehen ist, fügt NVMe oF die benötigten Netzwerk- und Transportfunktionen hinzu, die für Fernzugriffe auf Flash-basierte Storage-Ressourcen über Netzwerke und Netzwerkprotokolle wie Ethernet, TCP/IP, Fibre Channel, InfiniBand und andere notwendig sind.

Mithilfe von NVMe over Fabrics lassen sich hoch skalierbare, professionelle Speichersysteme und All-Flash Arrays in verteilten Umgebungen mit hohen Datenübertragungsleistungen, niedrigen Latenzzeiten und reduzierter CPU-Belastung der Host-Systeme realisieren. Die hohe Performance von Flash-basiertem Storage wie NVMe-SSDs wird über Netzwerke nutzbar. Mit NVMe oF realisierte Storage-Lösungen eignen sich für leistungsintensive Anwendungen wie Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen, High-Performance-Computing, Echtzeitdatenanalysen und vieles mehr.

Prinzipielle Funktionsweise und Verbindungsoptionen von NVMe oF

Hauptunterschied zwischen NVMe und NVMe oF sind die zusätzlich definierten Transport- und Mapping-Funktionen für das Senden und Empfangen von Befehlen und Antworten zwischen Flash-Speichern und Hosts über eine Netzwerk-Fabric. Zur Steuerung der Kommunikation zwischen Hosts und Flash-Speichern fügt NVM oF eine Nachrichtenschicht ein.

Die Kommunikation findet über eine hostseitige und eine controllerseitige Transportabstraktionsschicht statt. Sie sorgt für die Anpassung an das jeweilige Netzwerk. Es stehen verschiedene Verbindungsoptionen für den Datenaustausch zwischen Host und Flash-Speicher zur Verfügung. Zu diesen zählen:

• Fibre Channel,

• InfiniBand,

• RoCE (RDMA over Converged Ethernet),

• iWARP (Internet Wide Area RDMA Protocol),

• TCP/IP.

NVMe over Fabrics ist dank Multipath-Fähigkeit sowohl physisch als auch logisch redundant und implementiert ein Multi-Queue-Modell mit getrennten Warteschlangen für Speicheroperationen. Über den Memory-zu-Memory-Transportmechanismus RDMA (Remote Direct Memory Access) zwischen zwei Computern können Daten direkt von einem Speicheradressraum zu einem anderen gesendet werden, ohne dass dafür das Betriebssystem oder der Prozessor involviert werden müssen.

Merkmale und Vorteile von NVMe over Fabrics

NVMe over Fabrics

• ermöglicht hoch skalierbare, Flash-basierte Speicherlösungen,

• parallelisiert die Anfragen und bietet hohe Datendurchsatzraten und IOPS-Leistung bei niedriger Latenz,

• ist für verschiedene Netzwerkszenarien und Netzwerkprotokolle geeignet,

• minimiert die CPU-Belastung durch die direkte Verarbeitung von NVMe-Befehlen und

• schließt die Leistungslücke zwischen direkt per PCIe-Bus und über Netzwerkstrukturen angeschlossenen Flash-Speichern.

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