Wat is NVMe?
Wat is NVMe?
Non-Volatile Memory Express of NVMe betekent een enorme vooruitgang in de technologie voor gegevensopslag en transformeert fundamenteel hoe moderne computersystemen gegevens benaderen en beheren.
Het is een krachtige, geoptimaliseerde en schaalbare hostcontrollerinterface en opslagprotocol dat speciaal is ontworpen voor gebruik met PCI Express (PCIe)-gebaseerde Solid State-harde schijven (SSD's).
Deze technologie gaat verder dan de beperkingen van oudere opslaginterfaces, ontsluit ongeëvenaarde snelheden en reduceert latentie aanzienlijk. Dit revolutioneert de prestaties van gegevensopslag voor een groot aantal toepassingen, van persoonlijk computergebruik tot datacenters op enterprise-niveau.
NVMe begrijpen
In de kern is NVMe een nieuwe communicatie-interface en driver voor de generieke schijf die vanaf de basis is ontworpen om volledig te profiteren van de parallelle aard en lage latency van op flash gebaseerde opslag.
Vóór de NVM gebruikten SSD's vaak interfaces als SATA (Serial ATA) of SAS (Serial Attached SCSI), die oorspronkelijk waren ontwikkeld voor veel langzamere, mechanische harde schijven (HDD's).
Hoewel deze nieuwe generatie interfaces SSD's toestond om een prestatieverbetering te bieden ten opzichte van een HDD-product, werden ze uiteindelijk knelpunten, waardoor het volledige potentieel van flash-geheugen niet werd gerealiseerd. NVMe lost dit op door direct verbinding te maken met de CPU via de snelle PCIe-bus, waardoor meer directe gegevenspaden en aanzienlijk hogere bandbreedte mogelijk zijn.
Het verschil tussen NVMe en traditionele opslagprotocollen
Het onderscheid tussen nieuwe generatie NVM en traditionele opslagprotocollen als SATA en SAS is groot en draait voornamelijk om efficiëntie, parallellisme en latentie.
Traditionele protocollen, ontworpen in een tijdperk van draaiende platen en mechanische koppen, bevatten commandostructuren en overhead die onnodig zijn en schadelijk voor de prestaties van een flash memory product.
SATA ondersteunt bijvoorbeeld slechts één opdrachtwachtrij met een diepte van maximaal 32 opdrachten. Terwijl SAS verbeteringen biedt, vervoert het nog steeds verouderde bagage.
NVMe daarentegen is speciaal ontworpen voor de eigenschappen van niet-vluchtig geheugen. Het ondersteunt een aanzienlijk groter aantal opdrachtwachtrijen - tot 65.535 wachtrijen, die elk tot 65.536 opdrachten kunnen bevatten.
Deze enorme toename in wachtrijmogelijkheden zorgt voor een veel grotere mate van parallellisme, wat betekent dat het systeem een veel groter aantal I/O-verzoeken tegelijkertijd kan verwerken. Dit is essentieel voor moderne multicore-processors en veeleisende werklasten die veel gelijktijdige bewerkingen voor gegevenstoegang genereren.
Voordelen van NVMe-technologie
De komst van nieuwe generatie interne NVMe-technologie heeft een nieuw tijdperk van opslagmogelijkheden ingeluid, die aanzienlijke voordelen biedt die voldoen aan de groeiende eisen van modern computergebruik.
De ontwerpfilosofie, die draait om efficiëntie en parallellisme, vertaalt zich in tastbare verbeteringen in verschillende aspecten van systeemprestaties en uw product.
Ongeëvenaarde snelheid en prestaties
Misschien wel het meest geprezen voordeel van NVMe-stationstechnologie is de ongeëvenaarde snelheid en brute prestaties in een product. Door gebruik te maken van de PCI Express (PCIe)-bus met hoge bandbreedte en lage latentie die direct is aangesloten op de CPU, omzeilt NVMe-specificatie voor schijven de knelpunten die inherent zijn aan oudere opslaginterfaces zoals SATA en SAS.
Dit directe pad zorgt voor aanzienlijk hogere gegevensoverdrachtsnelheden. Terwijl SATA III bijvoorbeeld uitloopt op theoretische snelheden van ongeveer 6 Gbps (ongeveer 600 MB/s na overhead), kunnen de huidige generaties NVM-schijven die PCIe 4.0 gebruiken sequentiële lees-/schrijfsnelheden van meer dan 7.000 MB/s bereiken, waarbij PCIe 5.0 en toekomstige iteraties nog substantiëlere voordelen beloven met een hoge specificatie.
Naast sequentiële doorvoer bieden interne NVM solid state-schijven ook zeer superieure Input/Output Operations per seconde (IOPS), waardoor systemen een veel groter aantal lees- en schrijfaanvragen tegelijk kunnen verwerken.
Deze hoge specificatie resulteert in snellere opstarttijden, sneller laden van toepassingen en snellere responsieve algemene systeemprestaties, in een consumentenlaptop of een veeleisende serveromgeving.
Lagere latentie voor gegevensgestuurde toepassingen
In gegevensgestuurde en nieuwe generieke productoplossingen is latency - de vertraging voordat een gegevensoverdracht begint na een instructie voor de overdracht ervan - een essentiële prestatiemetric. NVMe-technologie blinkt uit in het leveren van aanzienlijk lagere latency in vergelijking met zijn voorgangers.
De gestroomlijnde opdrachtset en de lagere overhead van softwarestacks zorgen ervoor dat gegevensaanvragen met minimale vertraging worden verwerkt.
Traditionele protocollen vereisen complexere vertalingen en bewerkingen en voegen cruciale microseconden of zelfs milliseconden toe aan de toegangstijden van gegevens vanaf een schijf. Het ontwerp van NVMe, dat geoptimaliseerd is voor niet-vluchtig geheugen, maakt deze complexiteit veel eenvoudiger en maakt veel snellere toegang tot gegevens mogelijk.
Deze reductie in latentie is met name gunstig voor toepassingen die afhankelijk zijn van snel ophalen en verwerken van gegevens, zoals realtime analyseplatforms, OLTP-systemen (Online Transaction Processing), hoogfrequente handel en databasebewerkingen, waar zelfs kleine vertragingen de algehele efficiëntie en gebruikerservaring kunnen beïnvloeden.
Schaalbaarheid voor Big Data- en AI-workloads
Moderne workloads van nieuwe generaties, met name die met big data-analyses, artificiële intelligentie (AI) en machine learning (ML), leggen een enorme druk op opslagsubsystemen vanwege de noodzaak om grote datasets te verwerken en talrijke gelijktijdige bewerkingen uit te voeren op big data-bronnen.
NVMe is door zijn inherente schaalbaarheid bij uitstek geschikt om deze uitdagingen aan te gaan. Dankzij de ondersteuning voor een enorm aantal parallelle opdrachtwachtrijen (tot 65.535 wachtrijen, elk met een diepte van maximaal 65.536 opdrachten) kunnen interne NVMe-apparaten efficiënt een ongelooflijk hoog volume aan gelijktijdige I/O-aanvragen beheren.
Dit parallellisme zorgt ervoor dat multi-core CPU's niet op gegevens hoeven te wachten, waardoor ze op volle kracht kunnen werken. Voor Big Data applicaties betekent dit een snellere inname, verwerking en analyse van grote datasets.
In algemene AI en ML en devops zijn snelle toegang tot trainingsdata en de mogelijkheid om snel modelparameters te lezen en te schrijven cruciaal om het versnellen van trainingstijden en het verbeteren van inferentiesnelheden te ondersteunen. De architectuur van NVMe levert de schaalbare prestaties die nodig zijn om gelijke tred te houden met de exponentiële groei van data en de verwerkingseisen van deze geavanceerde workloads.
NVMe use cases en applicaties
De transformatieve prestatiekenmerken van interne NVMe hebben geleid tot een wijdverbreide toepassing in diverse veeleisende omgevingen, zoals dedicated servers - waar snelheid, lage latentie en hoge doorvoer van het grootste belang zijn voor het product - en tot transactionele toepassingen zoals identiteits- en toegangsbeheer.
De mogelijkheid om de toegang tot gegevens aanzienlijk te versnellen maakt het tot een hoeksteentechnologie voor moderne gegevensintensieve toepassingen - waar de prijs van de schijf geen probleem is.
Het optimaliseren van de Cloud en de on-site infrastructuur
NVMe speelt een cruciale rol bij het optimaliseren van de next-gen cloud en on-premises infrastructuur door opslagknelpunten die de algehele systeemprestaties kunnen belemmeren, te verminderen.
In cloudomgevingen, of het nu publieke, private of hybride is, kunnen public cloud-serviceproviders met NVMe-gebaseerde opslag hogere prestatielagen bieden en een hogere dichtheid van virtuele machines (VM's) per fysieke server ondersteunen.
Dit vertaalt zich in ondersteuning voor een betere reactiesnelheid van toepassingen en een beter gebruik van bronnen. Voor on-premises datacenters kan de integratie van NVMe oudere infrastructuren tegen een lage prijs revitaliseren, de prestaties van kritieke bedrijfstoepassingen zoals databases en ERP-systemen verbeteren en efficiëntere strategieën voor gegevenslagen mogelijk maken.
Door snelle toegang tot gegevens te garanderen, helpt NVMe organisaties aan strikte Service Level Agreements (SLA's) te voldoen en een superieure gebruikerservaring te bieden voor hun gehoste services en applicaties. De technologie is essentieel om flexibele en snel reagerende IT-omgevingen te bouwen die dynamische workloads aankunnen.
Ondersteuning van AI- en Machine Learning-workloads
Artificiële intelligentie (AI) en machine learning (ML)-workloads hebben inherent een hoge gegevensbelasting en zijn computerintensief, waardoor extreem snelle toegang tot grote datasets van ondernemingen wordt vereist.
Een NVMe SSD drive is uitermate geschikt voor deze veeleisende AI en ML workloads. Tijdens de trainingsfase van ML-modellen moeten grote hoeveelheden data snel en herhaaldelijk in de processing units (GPU’s of CPU’s) worden ingebracht.
De hoge doorvoer en lage latency van NVMe reduceren significant de data-invoer en de I/O-wachttijden, waardoor het iteratieve trainingsproces van het model wordt versneld. Hierdoor kunnen datascientists en onderzoekers sneller experimenteren en in minder tijd nauwkeurigere modellen ontwikkelen.
Op dezelfde manier garandeert NVMe voor AI-inferenties, waar getrainde modellen voorspellingen doen over nieuwe gegevens, dat de benodigde gegevens en modelparameters met een minimale vertraging toegankelijk zijn. Dit is essentieel voor realtime applicaties zoals beeldherkenning, natuurlijke taalverwerking en autonome systemen.
NVMe Solid State-harde schijven helpen ook bij de voorverwerking van gegevens en de engineeringsfasen van de algemene functies, die vaak intensieve gegevensverwerking inhouden.
Big Data Analytics versnellen
Big Data business analytics omvat het verwerken en analyseren van enorme volumes gestructureerde en ongestructureerde data om waardevolle inzichten te verkrijgen. Traditionele opslagoplossingen vormen vaak een significante belemmering voor de prestaties, wat de querytijden vertraagt en het genereren van rapporten belemmert.
NVMe versnelt Big Data business analytics door de benodigde I/O-prestaties te leveren om gelijke tred te houden met krachtige processorengines. Of het nu voor realtime analyses, complexe ad-hocquery's of grootschalige batchverwerkingstaken is, NVMe Solid State-schijven minimaliseren vertragingen bij gegevenstoegang.
Het gebruik van NVMe als cachelaag of voor primaire opslag in gedistribueerde analyseplatforms zoals Apache Spark of Hadoop kan bijvoorbeeld de voltooiingstijden van taken aanzienlijk verbeteren.
Sneller gegevens laden in next-gen business analytics engines en sneller tussentijdse resultaten ophalen betekent dat bedrijven sneller inzichten kunnen halen uit hun gegevens, wat beter geïnformeerde besluitvorming en een concurrentievoordeel mogelijk maakt.
NVMe vs SSD: De verschillen begrijpen
Bij het bespreken van "NVMe vs SSD" is het belangrijk om te verduidelijken dat NVMe (Non-Volatile Memory Express) een communicatie-interface en -driver is, en niet een type geheugen zelf. SSD's (Solid State-harde schijven) gebruiken flashgeheugen voor opslag.
De vergelijking is daarom typisch tussen NVMe SSD's en SSD's die oudere interfaces zoals SATA (Serial ATA) gebruiken. Het begrijpen van hun onderscheidingen is essentieel voor het kiezen van de juiste opslag voor specifieke behoeften:
- Prestatievergelijking : NVMe SSD levert significant superieure prestaties en biedt veel hogere lees-/schrijfsnelheden (vaak 3-7 keer sneller of meer), veel hogere IOPS (Input/Output Operations per seconde) en aanzienlijk lagere latency in vergelijking met SATA SSD's, door de directe PCIe-verbinding van NVMe en het geoptimaliseerde protocol dat ontworpen is voor flash memory.
- Kosten- en gebruiksverschillen : NVMe SSD's hebben over het algemeen hogere kosten per gigabyte dan SATA SSD's. Daarom wordt NVMe typisch bevoordeeld voor prestatie-kritieke applicaties zoals geavanceerde gaming, videobewerking, AI/ML-workloads en enterprise-servers, terwijl SATA SSD's een budgetvriendelijkere oplossing bieden voor algemeen computergebruik, oudere systemen of bulkopslag waarbij maximale snelheid niet de belangrijkste zorg is.
Kies voor een NVMe Solid State-harde schijf voor gebruik met snelle en hoge prestaties in vergelijking met een SATA SSD als uw bedrijfswerklast en gebruiksscenario de laagst mogelijke latentie en de hoogste doorvoer vereisen, zoals voor professionele contentcreatie, intensieve databasebewerkingen, veeleisende analyses of competitief gamen. Uw systeem ondersteunt de NVMe-interface en de prestatiewinst rechtvaardigt de doorgaans hogere investering.
Veelgestelde vragen (FAQ)
Is NVMe beter dan SSD?
NVMe is een protocol dat wordt gebruikt door sommige high-performance SSD's. Een NVMe SSD is dus een soort SSD. Vergeleken met oudere SSD's die protocollen als SATA gebruiken, bieden NVMe SSD's aanzienlijk betere prestaties vanwege hun directe PCIe-verbinding met de CPU en een protocol dat speciaal is ontworpen voor flashgeheugen in de bedrijfsinstelling.
Is NVMe hetzelfde als M.2 SSD?
Nee, het zijn verschillende dingen. M.2 is een fysieke vorm (de vorm en grootte van de schijf, zoals een kleine stok - in dit geval SFF, of een kleine vorm factor). Een SFF M.2 SSD kan het high-speed NVMe protocol of het oudere, langzamere SATA protocol gebruiken. Hoewel veel NVMe-schijven gebruikmaken van het SFF M.2-model, zijn niet alle M.2-schijven NVMe.
Wat maakt NVMe sneller dan traditionele HDD's?
NVMe-schijven verschillen fundamenteel van traditionele harde schijven (HDD's). NVMe SSD's gebruiken solid-state flash memory (geen bewegende delen) en maken verbinding via de snelle PCIe bus met een efficiënt communicatieprotocol. HDD's maken gebruik van draaiende magnetische platen en mechanische lees/schrijf-koppen, die inherent veel langzamer zijn en een hogere latency hebben. Toch zijn ze prijsintensiever, waarbij harde schijven een lage prijs bieden.
Wat is de snelheid van NVMe ten opzichte van RAM?
RAM (Random Access Memory) is nog steeds aanzienlijk sneller dan NVMe-opslag. RAM is ontworpen voor extreem lage latency om gegevens te gebruiken die momenteel door de CPU worden gebruikt. Hoewel NVMe een enorme snelheidsverbetering biedt in vergelijking met oudere opslag zoals HDD's en SATA SSD's, dient het als permanente opslag en komt het niet overeen met de bijna instantane toegangssnelheden van vluchtig systeem-RAM.
De rol van NVMe in moderne IT-infrastructuur
NVMe-technologie is een hoeksteen van moderne IT-infrastructuren geworden en heeft de verwachtingen voor snelle prestaties voor zowel expansieve public cloud-omgevingen als datacenters in bedrijfseigendom fundamenteel anders vormgegeven.
Door I/O-knelpunten en latency drastisch te verminderen, verbetert NVMe cloud computing door providers in staat te stellen aanzienlijk snellere opslaglagen aan te bieden, een hogere dichtheid van virtuele machines per server te ondersteunen en een breed scala aan krachtige en veeleisende services te versnellen, van grootschalige databases tot realtime analyses.
In traditionele datacenters kunt u NVMe gebruiken om de prestaties van applicaties te revitaliseren, de algehele operationele efficiency te verbeteren en bedrijven in staat te stellen effectiever gebruik te maken van geavanceerde analytics en AI-gedreven inzichten, zodat deze kritieke hubs aan de hedendaagse digitale eisen kunnen voldoen.
De integratie van NVMe is met name van invloed op het gebruik van hybride en private cloud-architecturen, en levert de high-speed, low-latency storage-basis die nodig is voor flexibele en responsieve bewerkingen.