Cos’è NVMe?

NVMe

Alla base, l'NVMe è un'interfaccia di comunicazione e un driver di nuova generazione, progettati da zero per sfruttare al massimo la natura parallela e la bassa latenza dello storage basato su flash.

Prima della NVM, gli SSD utilizzavano spesso interfacce come SATA (Serial ATA) o SAS (Serial Attached SCSI), originariamente sviluppate per unità disco rigido meccaniche (HDD) molto più lente.

Queste interfacce di nuova generazione hanno permesso agli SSD di offrire un aumento delle prestazioni rispetto a un prodotto HDD, ma alla fine sono diventati dei colli di bottiglia, impedendo la piena realizzazione del potenziale della memoria flash. La tecnologia NVMe risolve questo problema collegandosi direttamente alla CPU tramite il bus PCIe ad alta velocità, in modo da consentire un maggior numero di percorsi di dati diretti e una larghezza di banda significativamente più elevata.

Differenza tra NVMe e i protocolli di storage tradizionali

La distinzione tra NVM di nuova generazione e i protocolli di storage tradizionali come SATA e SAS è netta, soprattutto in termini di efficienza, parallelismo e latenza.

I protocolli tradizionali, progettati in un'era di piatti rotanti e testine meccaniche, incorporano strutture di comando e sovraccarico non necessari e dannosi per le prestazioni di un prodotto di memoria flash.

SATA, ad esempio, supporta solo una singola coda di comandi con una profondità massima di 32 comandi. SAS offre miglioramenti, ma trasporta ancora bagagli legacy.

NVMe, invece, è stata progettata appositamente per le caratteristiche della memoria non volatile. Supporta un numero significativamente maggiore di code di comando: fino a 65.535 code, ciascuna in grado di contenere fino a 65.536 comandi.

Questo enorme aumento nella capacità di accodamento consente un livello di parallelismo molto più elevato, il che significa che il sistema può gestire un numero molto più elevato di richieste I/O simultaneamente. Questo aspetto è fondamentale per i moderni processori multi-core e per i carichi di lavoro intensi che generano numerose operazioni simultanee di accesso ai dati.

Casi d’uso e applicazioni NVMe

Le caratteristiche di performance trasformative delle NVMe interne hanno portato alla loro diffusa adozione in diversi ambienti impegnativi, come i server dedicati - dove velocità, latenza ridotta e throughput elevato sono di importanza vitale per il prodotto - e nelle applicazioni transazionali come la gestione dell'identità e degli accessi.

La capacità di accelerare in modo significativo l'accesso ai dati ne fa una tecnologia fondamentale per le moderne applicazioni ad alta intensità di dati, in cui il prezzo dell'unità non è un problema.

Ottimizzare le infrastrutture Cloud e on-premise

Le NVMe svolgono un ruolo fondamentale nell’ottimizzazione del Cloud di nuova generazione e delle infrastrutture on-premise, riducendo i colli di bottiglia che possono ostacolare le prestazioni complessive del sistema.

Negli ambienti Cloud, sia pubblici che privati o ibridi, lo storage basato su NVMe consente ai provider di servizi Public Cloud di offrire livelli di prestazioni più elevati e supportare una maggiore densità di macchine virtuali (VM) per server fisico.

Questo si traduce nel supporto per una migliore reattività delle applicazioni e un migliore utilizzo delle risorse. Per i datacenter on-premise, l'integrazione di NVMe può rivitalizzare l'infrastruttura obsoleta a un prezzo contenuto, aumentare le prestazioni di applicazioni aziendali critiche come database e sistemi ERP e consentire strategie di tiering dei dati più efficienti.

Garantendo un rapido accesso ai dati, NVMe aiuta le aziende a rispettare gli SLA (Service Level Agreement) più rigorosi e a offrire una migliore esperienza utente per i servizi e le applicazioni ospitati. Questa tecnologia è fondamentale per creare ambienti IT agili e reattivi in grado di gestire carichi di lavoro dinamici.

Supportare i carichi di lavoro di IA e Machine Learning

I carichi di lavoro di Intelligenza Artificiale (IA) e Machine Learning (ML) richiedono per natura un intenso consumo di dati e calcoli computazionali e richiedono un accesso estremamente rapido a vasti dataset aziendali.

Un'unità SSD NVMe è particolarmente adatta a supportare questi carichi di lavoro intensi di IA e ML. Durante la fase di addestramento dei modelli di ML, enormi quantità di dati devono essere introdotte nelle unità di elaborazione (GPU o CPU) in modo rapido e ripetuto.

L'elevato throughput e la bassa latenza dell'NVMe riducono in modo significativo i tempi di acquisizione dei dati e i tempi di attesa I/O, accelerando il processo di addestramento dei modelli iterativi. In questo modo data scientist e ricercatori possono testare più rapidamente e sviluppare modelli più accurati in meno tempo.

Allo stesso modo, per l’inferenza dell’IA, in cui i modelli addestrati fanno previsioni su nuovi dati, NVMe assicura che i dati e i parametri del modello necessari siano accessibili con il minimo ritardo, aspetto critico per applicazioni in tempo reale come il riconoscimento delle immagini, l’elaborazione del linguaggio naturale e i sistemi autonomi.

Le unità a stato solido NVMe agevolano inoltre la pre-elaborazione dei dati e la generazione di feature engineering, che spesso richiedono un'intensa manipolazione dei dati.

Accelerazione dell'analisi dei Big Data

Il business analytics dei Big Data consiste nell’elaborazione e nell’analisi di enormi volumi di dati strutturati e non strutturati per estrarre informazioni preziose. Le soluzioni di storage tradizionali spesso diventano un ostacolo significativo per le prestazioni, rallentando i tempi di query e la generazione di report.

La tecnologia NVMe accelera l’analisi aziendale dei Big Data fornendo le prestazioni di I/O necessarie per stare al passo con potenti motori di elaborazione. Sia per operazioni di analisi in tempo reale, query complesse ad hoc o processi di elaborazione batch su larga scala, le unità a stato solido NVMe riducono al minimo i ritardi di accesso ai dati.

Ad esempio, l’utilizzo di NVMe come livello di cache o come storage principale in piattaforme di analisi distribuite come Apache Spark o Hadoop può migliorare notevolmente i tempi di completamento dei lavori.

Il caricamento più rapido dei dati nei motori di business analytics di nuova generazione e il recupero più rapido dei risultati intermedi consentono alle aziende di ottenere informazioni dai propri dati più rapidamente, consentendo un processo decisionale più informato e un vantaggio competitivo.

Quando si parla di "NVMe vs SSD", è importante chiarire che NVMe (Non-Volatile Memory Express) è un'interfaccia di comunicazione e un driver, non un tipo di memoria in sé. Gli SSD (Solid State Drive) utilizzano la memoria flash per lo storage.

Il confronto, quindi, è in genere tra gli SSD NVMe e gli SSD che utilizzano interfacce più vecchie come SATA (Serial ATA). La comprensione delle loro caratteristiche distintive è fondamentale per scegliere lo storage più adatto alle esigenze specifiche:

• Confronto prestazioni: Gli SSD NVMe offrono prestazioni notevolmente superiori, con velocità di lettura/scrittura molto più elevate (spesso 3-7 volte più veloci o più), un notevole aumento degli IOPS (Input/Output Operations Per Second) e una latenza notevolmente inferiore rispetto agli SSD SATA, grazie alla connessione PCIe diretta e al protocollo ottimizzato progettato per la memoria flash.
   
• Differenze tra costi e casi d'uso: Gli SSD NVMe hanno generalmente un costo per gigabyte più alto rispetto agli SSD SATA; di conseguenza, gli SSD NVMe sono solitamente favoriti per le applicazioni critiche come i videogame di fascia alta, l'editing video, i carichi di lavoro IA/ML e i server aziendali, mentre gli SSD SATA offrono una soluzione più economica per il computing generale, i sistemi meno recenti o lo storage di massa, in cui la velocità massima non è il problema principale.

È possibile scegliere un'unità a stato solido NVMe da utilizzare con prestazioni elevate e rapide rispetto a un SSD SATA quando il carico di lavoro e i casi d'uso aziendali richiedono la latenza più bassa possibile e il throughput più elevato, ad esempio per la creazione di contenuti professionali, operazioni di database intensive, analisi complesse o giochi competitivi. Inoltre, il sistema supporta l'interfaccia NVMe e il miglioramento delle prestazioni giustifica un investimento generalmente più elevato.

Domande frequenti (FAQ)

Le NVMe sono migliori delle SSD?

NVMe è un protocollo utilizzato da alcuni SSD ad alte prestazioni. Quindi, un SSD NVMe è un tipo di SSD. Rispetto agli SSD più vecchi che utilizzano protocolli come SATA, gli SSD NVMe offrono prestazioni significativamente migliori grazie alla loro connessione PCIe diretta alla CPU e un protocollo progettato appositamente per la memoria flash in ambiente aziendale.

NVMe è uguale a M.2 SSD?

No, sono cose diverse. M.2 è un fattore di forma fisico (la forma e le dimensioni dell'unità, come un piccolo bastoncino, in questo caso SFF, o un fattore di forma ridotto). Un SSD SFF M.2 può utilizzare sia il protocollo NVMe ad alta velocità che il vecchio e più lento protocollo SATA. Pertanto, mentre molte unità NVMe utilizzano il fattore di forma SFF M.2, non tutte le unità M.2 sono NVMe.

Cosa rende gli NVMe più veloci dei dischi rigidi tradizionali?

Le unità NVMe sono fondamentalmente diverse dalle unità hard disk (HDD) tradizionali. Gli SSD NVMe utilizzano una memoria flash allo stato solido (senza parti mobili) e si collegano tramite il bus PCIe veloce con un protocollo di comunicazione efficiente. I dischi rigidi si basano su piatti magnetici rotanti e testine di lettura/scrittura meccaniche, che sono intrinsecamente molto più lente e hanno una latenza più elevata. Tuttavia, richiedono un costo più elevato e sono più convenienti.

Qual è la velocità di NVMe rispetto alla RAM?

La RAM (Random Access Memory) è ancora molto più veloce dello storage NVMe. La RAM è progettata per un accesso con latenza estremamente bassa per utilizzare i dati attualmente utilizzati dalla CPU. La tecnologia NVMe offre un notevole miglioramento della velocità rispetto a sistemi di storage meno recenti, come dischi rigidi e dischi SSD SATA, ma funge da storage persistente e non corrisponde alla velocità di accesso quasi istantaneo della RAM di un sistema volatile.