Non-Volatile Memory Express over Remote Direct Memory Access Was ist NVMe over RDMA?

Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Stefan Luber / Dr. Jürgen Ehneß

NVMe over RDMA ist eine Variante von NVMe over Fabrics. Die standardisierte Technologie ermöglicht es, nichtflüchtigen Speicher wie Flash-basierten Storage über Technologien wie InfiniBand, RDMA over Converged Ethernet (RoCE) oder Internet Wide Area RDMA Protocol (iWARP) und das NVMe-Protokoll mit einem Host zu verbinden. NVMe über RDMA bietet eine hohe Performance und niedrige Latenzzeiten.

Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.
Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.
(Bild: © aga7ta - Fotolia)

Ausgeschrieben bedeutet NVMe over RDMA „Non-Volatile Memory Express over Remote Direct Memory Access“. Es handelt sich um eine Spezifikation, mit der sich nichtflüchtiger Speicher (Non-Volatile Memory – NVM) wie Flash-basierter Storage über Technologien wie InfiniBand, RDMA over Converged Ethernet (RoCE) oder Internet Wide Area RDMA Protocol (iWARP) und das NVMe-Protokoll mit einem Host verbinden lässt.

Während die NVMe-Spezifikation den direkten Anschluss eines Massenspeichers über eine PCIe-Schnittstelle definiert, erweitert NVMe over RDMA die Anschlussmöglichkeiten auf Netzwerke und verschiedene Netzwerkprotokolle. Die Technik bietet eine hohe Performance bei niedrigen Latenzzeiten. NVMe über RDMA beschreibt verschiedene Varianten der Spezifikation NVMe over Fabrics (NVMe oF).

Was ist NVMe?

Die Abkürzung NVMe bedeutet „Non-Volatile Memory Express“. Sie bildet die Grundlage für NVMe over RDMA. Es handelt sich um eine erstmals im Jahr 2011 veröffentlichte Spezifikation einer Software-Schnittstelle zur Anbindung von nicht-flüchtigen, Flash-basierten Massenspeichern über die Schnittstelle PCI Express (PCIe).

NVMe konkurriert mit anderen Massenspeicherschnittstellen wie SCSI (Small Computer System Interface) oder AHCI (Advanced Host Controller Interface), ist aber speziell zur Anbindung von Flash-basierten Massenspeichergeräten wie SSDs konzipiert. Es existieren unterschiedliche Bauformen von NVMe-Geräten, die sowohl im Server- als auch im Workstation-Umfeld Verwendung finden.

NVMe over RDMA als eine Variante von NVMe over Fabrics

Bei NVMe over Fabrics (NVMe oF) handelt es sich um eine Weiterentwicklung von NVMe. Anstatt einen Massenspeicher direkt über die PCIe-Schnittstelle mit einem Host zu verbinden, definiert NVMe oF eine zusätzliche Zwischenebene eines Netzwerkverteilers. So ermöglicht NVMe oF die Anbindung der Massenspeichergeräte über Netzwerke. Ganze Verbünde aus Storage-Geräten lassen sich realisieren.

Die Netzwerkverteilerebene kann mit unterschiedlichen Protokollen arbeiten. Unter anderem sind im NVMe-oF-Standard folgende Varianten vorgesehen:

  • NVMe over RDMA (mit den Untervarianten NVMe over RoCE, iWARP und InfiniBand),
  • NVMe over TCP.

Technische Details zu NVMe over RDMA

NVMe over RDMA bedient sich den Technologien Non-Volatile Memory Express (NVMe) und Remote Direct Memory Access (RDMA). Im Gegensatz zu einem Storage Area Network (SAN) entfällt der Layer eines Storage-Controllers. RDMA erlaubt den direkten Datenaustausch zwischen Host und Storage, ohne dass Prozessoren oder Betriebssysteme besonders belastet werden.

Als RDMA-Variante von NVMe-oF werden die Protokolle RoCE, iWARP und InfiniBand unterstützt. Ein wichtiges Merkmal der RDMA-Spezifikation ist die Möglichkeit direkter Speicherzugriffe über das Netzwerk. Die NVMe-oF-Variante eignet sich bestens für den Einsatz im High-Performance-Umfeld mit hohen IOPS (Input/Output Operations Per Second).

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