Qu’est-ce que le NVMe ?
Qu’est-ce que le NVMe ?
La technologie NVMe (Non-Volatile Memory Express) représente une énorme avancée en matière de stockage de données. Elle transforme fondamentalement la façon dont les systèmes informatiques modernes accèdent aux données et les gèrent.
Il s’agit d’une interface de contrôleur hôte et d’un protocole de stockage haute performance, optimisés et évolutifs, spécialement conçus pour être utilisés avec des disques durs SSD basés sur PCI Express (PCIe).
Cette technologie va au-delà des limites des anciennes interfaces de stockage, en libérant des vitesses sans précédent et en réduisant considérablement la latence, révolutionnant ainsi les performances de stockage des données dans un large éventail d'applications, de l'informatique personnelle aux centres de données d'entreprise.
Comprendre le NVMe
Le NVMe est fondamentalement une nouvelle interface de communication et un pilote de disque de nouvelle génération, conçus dès le départ pour tirer pleinement parti de la nature parallèle et de la faible latence du stockage flash.
Avant la technologie NVM, les disques SSD utilisaient souvent des interfaces comme SATA (Serial ATA) ou SAS (Serial Attached SCSI), qui ont été développées à l'origine pour des disques durs mécaniques (HDD) beaucoup plus lents.
Si ces nouvelles interfaces de génération ont permis aux disques SSD d’offrir une amélioration des performances par rapport à un disque dur, elles sont devenues des goulots d’étranglement, empêchant la réalisation du plein potentiel de la mémoire flash. Le NVMe répond à ce besoin en se connectant directement au CPU via le bus PCIe à haut débit, ce qui permet des chemins de données plus directs et une bande passante nettement plus élevée.
Différences entre NVMe et les protocoles de stockage traditionnels
La distinction entre les NVM de nouvelle génération et les protocoles de stockage traditionnels comme SATA et SAS est très nette, principalement axée sur l'efficacité, le parallélisme et la latence.
Les protocoles traditionnels, conçus à une époque de plateaux tournants et de têtes mécaniques, intègrent des structures de commande et des frais généraux qui sont inutiles et nuisent aux performances d'un produit de mémoire flash.
SATA, par exemple, ne prend en charge qu'une seule file d'attente de commandes avec une profondeur pouvant atteindre 32 commandes. Bien que SAS propose des améliorations, il transporte toujours des bagages hérités.
Le NVMe, en revanche, a été conçu spécifiquement pour les caractéristiques de la mémoire non volatile. Il prend en charge un nombre considérablement plus important de files d'attente de commandes : jusqu'à 65 535 files d'attente, chacune pouvant contenir jusqu'à 65 536 commandes.
Cette augmentation massive de la capacité de mise en file d'attente permet un degré de parallélisme beaucoup plus élevé, ce qui signifie que le système peut traiter un nombre beaucoup plus important de demandes d'E/S simultanément. Cette étape est cruciale pour les processeurs multicœurs modernes et les charges de travail exigeantes qui génèrent de nombreuses opérations d'accès aux données simultanées.
Avantages de la technologie NVMe
L’avènement de la technologie NVMe interne nouvelle génération a ouvert une nouvelle ère de capacités de stockage, offrant des avantages significatifs qui répondent aux exigences croissantes de l’informatique moderne.
Sa philosophie de conception, centrée sur l'efficacité et le parallélisme, se traduit par des améliorations tangibles dans divers aspects des performances du système et de votre produit.
Vitesse et performance inégalées
L’avantage le plus apprécié de la technologie NVMe réside sans doute dans sa vitesse inégalée et ses performances brutes. En tirant parti du bus PCI Express (PCIe) à faible latence et à large bande passante directement connecté au processeur, les spécifications NVMe pour les disques permettent de contourner les goulots d’étranglement inhérents aux interfaces de stockage plus anciennes comme SATA et SAS.
Cette voie directe permet des taux de transfert de données significativement plus élevés. Alors que SATA III, par exemple, atteint des vitesses théoriques d'environ 6 Gbit/s (environ 600 Mo/s après overhead), les générations actuelles de disques NVM utilisant PCIe 4.0 peuvent atteindre des vitesses de lecture/écriture séquentielles supérieures à 7 000 Mo/s, avec PCIe 5.0 et les itérations futures promettant des gains encore plus importants avec une spécification élevée.
Au-delà du débit séquentiel, les disques SSD NVM internes offrent également des opérations d’entrée/sortie par seconde (IOPS) nettement supérieures, ce qui permet aux systèmes de traiter un nombre beaucoup plus important de demandes de lecture et d’écriture simultanément.
Ces spécifications élevées se traduisent par des temps de démarrage plus rapides, un chargement des applications plus rapide et des performances système globales plus réactives, que ce soit dans un ordinateur portable grand public ou dans un environnement de serveur à forte demande.
Latence réduite pour les applications pilotées par les données
Dans les solutions de produits axés sur les données et de nouvelle génération, la latence (le délai avant qu'un transfert de données ne commence à la suite d'une instruction de transfert) est une mesure de performance critique. La technologie NVMe offre une latence nettement inférieure à celle de ses prédécesseurs.
Son jeu de commandes simplifié et son temps système réduit signifient que les demandes de données sont traitées avec un délai minimal.
Les protocoles traditionnels nécessitent des traductions et des opérations plus complexes, ajoutant des microsecondes, voire des millisecondes, cruciales aux temps d'accès aux données à partir d'un lecteur. La conception du NVMe, optimisée pour la mémoire non volatile, élimine cette complexité, permettant un accès beaucoup plus rapide aux données.
Cette réduction de la latence est particulièrement bénéfique pour les applications qui dépendent de la récupération et du traitement rapides des données, comme les plateformes d'analyse en temps réel, les systèmes de traitement transactionnel en ligne (OLTP), les transactions à haute fréquence et les opérations de base de données, où même de légers retards peuvent avoir un impact sur l'efficacité globale et l'expérience des utilisateurs.
Évolutivité pour les charges de travail du Big Data et de l'IA
Les charges de travail modernes de nouvelle génération, en particulier celles impliquant l'analyse de big data, l'intelligence artificielle (IA) et le machine learning (ML), exercent une pression énorme sur les sous-systèmes de stockage en raison de leur besoin de traiter de vastes ensembles de données et d'effectuer de nombreuses opérations simultanées sur des sources de big data.
Le NVMe est particulièrement adapté à ces défis en raison de son évolutivité inhérente. Sa prise en charge d’un grand nombre de files d’attente de commandes parallèles (jusqu’à 65 535 files d’attente, chacune avec une profondeur pouvant atteindre 65 536 commandes) permet aux périphériques NVMe internes de gérer efficacement un volume incroyablement élevé de demandes d’E/S simultanées.
Ce parallélisme garantit que les processeurs multicœurs ne sont pas laissés en attente de données, ce qui leur permet de fonctionner à leur plein potentiel. Pour les applications de big data, cela signifie une ingestion, un traitement et une analyse plus rapides de grands ensembles de données.
Dans les domaines de l’IA et de l’apprentissage automatique, ainsi que du développement, l’accès rapide aux données d’entraînement et la capacité à lire et écrire rapidement les paramètres du modèle sont essentiels pour accélérer les temps d’entraînement et améliorer les vitesses d’inférence. L’architecture NVMe offre les performances évolutives nécessaires pour suivre la croissance exponentielle des données et les exigences de calcul de ces charges de travail avancées.
Cas d’usage et applications NVMe
Les caractéristiques de performance transformatrices du NVMe interne ont conduit à son adoption généralisée dans divers environnements exigeants tels que les serveurs dédiés (où la vitesse, la faible latence et le haut débit sont primordiaux pour le produit), jusqu'aux applications transactionnelles telles que la gestion des identités et des accès .
Sa capacité à accélérer considérablement l'accès aux données en fait une technologie de base pour les applications modernes à forte intensité de données, où le prix du lecteur n'est pas un problème.
Optimiser les infrastructures cloud et on-premises
Le NVMe joue un rôle crucial dans l’optimisation des infrastructures cloud et on-premises de nouvelle génération en atténuant les goulots d’étranglement du stockage qui peuvent entraver les performances globales du système.
Dans les environnements cloud, qu’ils soient publics, privés ou hybrides, le stockage basé sur NVMe permet aux fournisseurs de services de cloud public d’offrir des niveaux plus performants et de prendre en charge une plus grande densité de machines virtuelles (VM) par serveur physique.
Cela se traduit par une prise en charge pour une meilleure réactivité des applications et une meilleure utilisation des ressources. Pour les datacenters on-premises, l’intégration de NVMe permet de revitaliser les infrastructures vieillissantes à faible prix, d’améliorer les performances des applications essentielles de l’entreprise, comme les bases de données et les systèmes ERP, et de mettre en place des stratégies de hiérarchisation des données plus efficaces.
En garantissant un accès rapide aux données, NVMe aide les entreprises à respecter des engagements de niveau de service (SLA) stricts et à offrir une expérience utilisateur supérieure pour leurs services et applications hébergés. Cette technologie est fondamentale pour créer des environnements informatiques agiles et réactifs capables de gérer des charges de travail dynamiques.
Prise en charge des charges de travail d’IA et de machine learning
Les charges de travail d'intelligence artificielle (IA) et de machine learning (ML) sont intrinsèquement gourmandes en données et en calculs, ce qui exige un accès extrêmement rapide à de vastes ensembles de données d'entreprise.
Un disque SSD NVMe est exceptionnellement bien adapté pour prendre en charge ces charges de travail exigeantes d’IA et de ML. Pendant la phase d'entraînement des modèles de machine learning, des quantités massives de données doivent être introduites dans les unités de traitement (GPU ou CPU) rapidement et de manière répétée.
Le débit élevé et la faible latence du NVMe réduisent considérablement les temps d’ingestion des données et les temps d’attente des E/S, accélérant ainsi le processus itératif d’entraînement des modèles. Les data scientists et les chercheurs peuvent ainsi expérimenter plus rapidement et développer des modèles plus précis en moins de temps.
De même, pour l’inférence IA, où des modèles entraînés font des prédictions sur de nouvelles données, le NVMe garantit que les données et les paramètres du modèle nécessaires sont accessibles avec un délai minimal, ce qui est essentiel pour les applications en temps réel telles que la reconnaissance d’images, le traitement du langage naturel et les systèmes autonomes.
Les disques SSD NVMe facilitent également les étapes de prétraitement des données et d’ingénierie des fonctionnalités de génération, qui impliquent souvent une manipulation intensive des données.
Accélérer l'analyse du Big Data
Le big data business analytics implique le traitement et l'analyse d'énormes volumes de données structurées et non structurées afin d'extraire des informations précieuses. Les solutions de stockage traditionnelles deviennent souvent un obstacle important aux performances, ce qui ralentit les temps de requête et la génération de rapports.
NVMe accélère l’analyse commerciale du big data en fournissant les performances d’E/S nécessaires pour suivre le rythme des puissants moteurs de traitement. Qu’il s’agisse d’analyses en temps réel, de requêtes ad hoc complexes ou de traitements par lots à grande échelle, les disques SSD NVMe minimisent les délais d’accès aux données.
Par exemple, l’utilisation de NVMe comme couche de mise en cache ou comme stockage principal dans des plateformes d’analyse distribuée comme Apache Spark ou Hadoop peut considérablement améliorer les temps d’exécution des tâches.
Le chargement plus rapide des données dans les moteurs d'analyse d'entreprise de nouvelle génération et la récupération plus rapide des résultats intermédiaires signifient que les entreprises peuvent dériver des informations de leurs données plus rapidement, ce qui permet une prise de décision plus éclairée et un avantage concurrentiel.
NVMe vs SSD : Comprendre les différences
Lorsque vous discutez de « NVMe vs SSD », il est important de préciser que NVMe (Non-Volatile Memory Express) est une interface de communication et un pilote, pas un type de mémoire en soi. Les disques SSD (Solid State Drive) utilisent la mémoire flash pour le stockage.
La comparaison se fait donc généralement entre les disques SSD NVMe et les disques SSD qui utilisent des interfaces plus anciennes comme SATA (Serial ATA). Il est essentiel de comprendre leurs différences pour sélectionner le stockage adapté à des besoins spécifiques :
- Comparatif des performances : Les disques SSD NVMe offrent des performances nettement supérieures, offrant des vitesses de lecture/écriture beaucoup plus élevées (souvent 3 à 7 fois plus rapides ou plus), des IOPS considérablement augmentées (opérations d’entrée/sortie par seconde) et une latence considérablement plus faible que les disques SSD SATA, grâce à la connexion PCIe directe et au protocole optimisé de NVMe conçu pour la mémoire flash.
- Différences de coût et de cas d’usage : Les disques SSD NVMe ont généralement un coût par gigaoctet plus élevé que les disques SSD SATA. Par conséquent, les disques SSD SATA sont généralement préférés pour les applications essentielles aux performances, comme les jeux haut de gamme, le montage vidéo, les charges de travail IA/ML et les serveurs d'entreprise, tandis que les disques SSD SATA offrent une solution plus abordable pour l'informatique générale, les systèmes plus anciens ou le stockage en masse, où la vitesse maximale n'est pas la préoccupation principale.
Optez pour un disque SSD NVMe rapide et performant plutôt qu’un disque SSD SATA lorsque votre charge de travail et votre cas d’utilisation exigent la latence la plus faible possible et le débit le plus élevé, par exemple pour la création de contenu professionnel, les opérations intensives de bases de données, les analyses exigeantes ou les jeux concurrentiels. De plus, votre système prend en charge l’interface NVMe et le gain de performance justifie l’investissement généralement plus élevé.
Les questions que vous vous posez
Le NVMe est-il meilleur que le SSD ?
Le NVMe est un protocole utilisé par certains disques SSD haute performance. Un disque SSD NVMe est donc un type de disque SSD. Par rapport aux disques SSD plus anciens utilisant des protocoles comme SATA, les disques SSD NVMe offrent des performances nettement supérieures grâce à leur connexion PCIe directe au CPU et à un protocole conçu spécifiquement pour la mémoire flash en entreprise.
Le NVMe est-il le même que le SSD M.2 ?
Non, ce sont des choses différentes. M.2 est un facteur de forme physique (la forme et la taille du lecteur, comme un petit bâton - dans ce cas-ci SFF, ou petit facteur de forme). Un disque SSD SFF M.2 peut utiliser soit le protocole NVMe à haut débit, soit le protocole SATA plus ancien et plus lent. Ainsi, alors que de nombreux lecteurs NVMe utilisent le format SFF M.2, tous les lecteurs M.2 ne sont pas des NVMe.
Qu’est-ce qui rend NVMe plus rapide que les disques durs traditionnels ?
Les disques NVMe sont fondamentalement différents des disques durs (HDD) traditionnels. Les disques SSD NVMe utilisent une mémoire flash à semi-conducteurs (aucune pièce mobile) et se connectent via le bus PCIe rapide grâce à un protocole de communication efficace. Les disques durs s’appuient sur des plateaux magnétiques rotatifs et des têtes mécaniques de lecture/écriture, qui sont par nature beaucoup plus lentes et ont une latence plus élevée. Cependant, ils sont plus coûteux, car les disques durs offrent un prix bas.
Comment le NVMe se compare-t-il à la RAM en termes de vitesse ?
La RAM (Random Access Memory) reste considérablement plus rapide que le stockage NVMe. La RAM est conçue pour un accès à très faible latence afin d’utiliser les données actuellement utilisées par le CPU. Bien que le NVMe offre une amélioration massive de la vitesse par rapport aux anciens systèmes de stockage comme les disques durs et les disques SSD SATA, il sert de stockage persistant et ne correspond pas aux vitesses d'accès quasi instantanées de la RAM système volatile.
Le rôle du NVMe dans les infrastructures informatiques modernes
La technologie NVMe est devenue la pierre angulaire des infrastructures informatiques modernes. Elle remodèle fondamentalement les attentes en matière de performance expresse pour les environnements de cloud public étendus et les datacenters appartenant aux entreprises.
En réduisant drastiquement les goulots d'étranglement et la latence des E/S, NVMe améliore le cloud computing en permettant aux fournisseurs d'offrir des niveaux de stockage beaucoup plus rapides, de prendre en charge une plus grande densité de machines virtuelles par serveur et d'accélérer un large éventail de services hautes performances et exigeants, allant des bases de données à grande échelle aux analyses en temps réel.
Dans les datacenters traditionnels, utilisez NVMe pour revitaliser les performances des applications, l'utiliser pour améliorer l'efficacité opérationnelle globale et permettre aux entreprises d'exploiter plus efficacement les analyses avancées et les informations pilotées par l'IA, en veillant à ce que ces centres critiques puissent répondre aux demandes numériques contemporaines.
L’intégration du NVMe a un impact particulier sur les architectures de cloud hybride et privé, car elle fournit la base de stockage à haut débit et à faible latence nécessaire pour des opérations agiles et réactives.