Co to jest NVMe?

Jak działa NVMe

U podstaw NVMe leży nowy interfejs komunikacyjny i sterownik nowej generacji, które umożliwiają pełne wykorzystanie równoległej natury i niskich opóźnień pamięci flash.

Przed NVM dyski SSD często korzystały z interfejsów SATA (Serial ATA) lub SAS (Serial Attached SCSI), które zostały zaprojektowane do obsługi wolniejszych, mechanicznych dysków twardych (HDD).

Chociaż interfejsy nowej generacji pozwoliły dyskom SSD zwiększyć wydajność w porównaniu z produktem HDD, ostatecznie stały się wąskimi gardłami, uniemożliwiając pełne wykorzystanie potencjału pamięci flash. Technologia NVMe rozwiązuje ten problem, łącząc się bezpośrednio z procesorem za pomocą szybkiej magistrali PCIe, umożliwiając tworzenie bardziej bezpośrednich ścieżek danych i zwiększając przepustowość.

Czym NVMe Różni Się Od Klasycznych Protokołów Przechowywania Danych

Różnica między protokołami NVM nowej generacji a tradycyjnymi protokołami pamięci masowej, takimi jak SATA i SAS, jest wyraźna. Dotyczą one głównie wydajności, równoległości i opóźnień.

Tradycyjne protokoły, zaprojektowane w erze wirujących płytek i głowic mechanicznych, zawierają struktury poleceń i narzut, które są niepotrzebne i szkodliwe dla wydajności produktu pamięci flash.

SATA obsługuje na przykład tylko jedną kolejkę poleceń o głębokości do 32 poleceń. SAS oferuje ulepszenia, ale wciąż zawiera bagaże starszej daty.

Natomiast NVMe została zaprojektowana specjalnie z myślą o właściwościach pamięci trwałej. Obsługuje znacznie większą liczbę kolejek poleceń - do 65 535 kolejek, z których każda może obsłużyć do 65 536 poleceń.

Ten ogromny wzrost możliwości obsługi kolejek umożliwia znacznie większy stopień równoległości, co oznacza, że system może obsłużyć znacznie większą liczbę zapytań I/O jednocześnie. Jest to niezwykle istotne w przypadku nowoczesnych procesorów wielordzeniowych i wymagających obciążeń, które generują wiele jednoczesnych operacji dostępu do danych.

Przykłady zastosowania NVMe i aplikacje

Transformacyjne cechy wydajności wewnętrznych maszyn NVMe doprowadziły do ich szerokiego zastosowania w różnych wymagających środowiskach, takich jak serwery dedykowane - w których szybkość, krótki czas odpowiedzi i wysoka przepustowość są kluczowe dla produktu - oraz aplikacji transakcyjnych, takich jak zarządzanie tożsamością i dostępem.

Zdolność do znacznego przyspieszenia dostępu do danych sprawia, że jest to podstawowa technologia w nowoczesnych aplikacjach wymagających dużych ilości danych - gdzie cena dysku nie stanowi problemu.

Optymalizacja Chmury i infrastruktury lokalnej

Technologia NVMe odgrywa kluczową rolę w optymalizacji infrastruktury chmurowej i lokalnej następnej generacji, ponieważ zmniejsza wąskie gardła w pamięci masowej, które mogą obniżać ogólną wydajność systemu.

W środowiskach chmurowych, publicznych, prywatnych lub hybrydowych, oparta na NVMe przestrzeń dyskowa umożliwia dostawcom usług chmury publicznej oferowanie bardziej wydajnych poziomów i obsługę większej gęstości maszyn wirtualnych (VM) na serwer fizyczny.

Przekłada się to na wsparcie dla lepszej reaktywności aplikacji i lepszego wykorzystania zasobów. W przypadku lokalnych centrów danych integracja NVMe może ożywić starzejącą się infrastrukturę po niskich cenach, zwiększyć wydajność krytycznych aplikacji korporacyjnych, takich jak bazy danych i systemy ERP, a także umożliwić bardziej skuteczne strategie tworzenia warstw danych.

Zapewniając szybki dostęp do danych, NVMe pomaga firmom spełnić rygorystyczne zobowiązania dotyczące poziomu usług (SLA) i zapewnić najwyższy poziom user experience dla ich usług hostowanych i aplikacji. Technologia ta ma fundamentalne znaczenie w budowaniu zwinnych i responsywnych środowisk IT zdolnych do obsługi dynamicznych obciążeń.

Wspieranie obciążeń związanych ze sztuczną inteligencją i uczeniem maszynowym

Obciążenia związane ze sztuczną inteligencją (AI) i uczeniem maszynowym (ML) są z zasady bardzo obciążające i wymagają intensywnych obliczeń, a ich dostęp do ogromnych zbiorów danych przedsiębiorstwa jest niezwykle szybki.

Dysk SSD NVMe jest doskonale dostosowany do obsługi tych wymagających aplikacji AI i ML. Podczas fazy uczenia modeli ML, ogromne ilości danych muszą być wprowadzane do jednostek przetwarzania (GPU lub CPU) szybko i w sposób powtarzalny.

Wysoka przepustowość i krótki czas odpowiedzi NVMe znacznie skracają czas przechowywania danych oraz czas oczekiwania na operacje I/O, przyspieszając tym samym proces iteracyjnego trenowania modeli. Data scientists i badacze mogą dzięki temu szybciej eksperymentować i opracowywać dokładniejsze modele w krótszym czasie.

Podobnie, w przypadku inferencji AI, gdzie wytrenowane modele dokonują prognoz na temat nowych danych, NVMe gwarantuje, że niezbędne dane i parametry modeli są dostępne z minimalnym opóźnieniem, co jest krytyczne dla aplikacji działających w czasie rzeczywistym, takich jak rozpoznawanie obrazu, przetwarzanie języka naturalnego czy systemy autonomiczne.

Dyski półprzewodnikowe NVMe ułatwiają również wstępne przetwarzanie danych i etapy inżynierii funkcji, co często wiąże się z intensywną manipulacją danymi.

Przyspieszenie Analizy Big Data

Analityka biznesowa Big Data obejmuje przetwarzanie i analizę ogromnych ilości ustrukturyzowanych i nieustrukturyzowanych danych w celu uzyskania cennej wiedzy. Tradycyjne rozwiązania przestrzeni dyskowej często oferują znaczne obniżenie wydajności, spowalniając czas zapytań i generowania raportów.

NVMe przyspiesza analizę biznesową Big Data, zapewniając niezbędną wydajność I/O, aby dotrzymać kroku wydajnym silnikom obliczeniowym. Zarówno w przypadku analizy w czasie rzeczywistym, złożonych zapytań ad hoc, jak i zadań przetwarzania wsadowego na dużą skalę, dyski SSD NVMe minimalizują opóźnienia w dostępie do danych.

Na przykład wykorzystanie NVMe jako warstwy cache lub do podstawowej przestrzeni dyskowej w rozproszonych platformach analitycznych, takich jak Apache Spark lub Hadoop, może znacznie skrócić czas wykonywania zadań.

Szybsze ładowanie danych do silników analityki biznesowej najnowszej generacji oraz szybsze odzyskiwanie pośrednich wyników oznacza, że firmy mogą szybciej wydobywać wiedzę z ich danych, co pozwala na bardziej świadome podejmowanie decyzji i budowanie przewagi konkurencyjnej.

Omawiając "NVMe vs SSD", należy wyjaśnić, że NVMe (Non-Volatile Memory Express) jest interfejsem komunikacyjnym i sterownikiem, a nie samym typem pamięci. Dyski SSD (Solid State Drive) wykorzystują pamięć flash do przechowywania danych.

Dlatego też porównanie przebiega zazwyczaj między dyskami SSD NVMe a dyskami SSD, które używają starszych interfejsów, takich jak SATA (Serial ATA). Zrozumienie ich odrębności jest kluczowe dla wyboru przestrzeni dyskowej dostosowanej do konkretnych potrzeb:

• Porównanie wydajności: Dyski SSD NVMe charakteryzują się znacznie wyższą wydajnością i oferują znacznie wyższą prędkość odczytu/zapisu (często 3-7 razy szybszą lub więcej), znaczne zwiększenie IOPS (Input/Output Operations Per Second) oraz znacznie mniejsze opóźnienie w porównaniu z dyskami SSD SATA dzięki bezpośredniemu połączeniu NVMe PCIe i zoptymalizowanemu protokołowi przeznaczonemu do pamięci flash.
   
• Różnice w kosztach i zastosowaniach: Dyski SSD NVMe mają zazwyczaj wyższy koszt na gigabajt niż dyski SSD SATA. W związku z tym NVMe jest zazwyczaj preferowany w przypadku aplikacji o krytycznym znaczeniu dla wydajności, takich jak gry wysokiej jakości, edycja wideo, obciążenia AI/ML i serwery klasy enterprise. Dyski SSD SATA natomiast są bardziej przyjaznym dla budżetu rozwiązaniem w przypadku obliczeń ogólnych, starszych systemów lub masowej przestrzeni dyskowej, w przypadku której maksymalna prędkość nie jest najważniejsza.

Wybierz dysk półprzewodnikowy NVMe do zastosowania z ekspresową i wysoką wydajnością w porównaniu z dyskiem SSD SATA, gdy Twoje obciążenie pracą w firmie i przypadki użytkowania wymagają najmniejszych opóźnień i najwyższej przepustowości - jak w przypadku profesjonalnego tworzenia treści, intensywnych operacji na bazach danych, wymagających analiz lub konkurencyjnych gier - a Twój system obsługuje interfejs NVMe, a wzrost wydajności uzasadnia zazwyczaj wyższe inwestycje.

Najczęściej zadawane pytania (FAQ)

Czy opcja NVMe jest lepsza od oferty SSD?

NVMe to protokół używany przez niektóre dyski SSD o wysokiej wydajności. Dysk SSD NVMe to rodzaj dysku SSD. W porównaniu ze starszymi dyskami SSD używającymi protokołów takich jak SATA, dyski SSD NVMe oferują znacznie lepszą wydajność dzięki bezpośredniemu połączeniu PCIe z procesorem i protokołowi zaprojektowanemu specjalnie dla pamięci flash w środowisku korporacyjnym.

Czy interfejs NVMe jest taki sam jak dysk SSD M.2?

Nie, to są różne rzeczy. M.2 to fizyczny czynnik kształtu (kształt i rozmiar napędu, jak w przypadku małego patyka - w tym przypadku SFF, lub mała obudowa). Dysk SSD M.2 SFF może korzystać z protokołu NVMe o wysokiej prędkości lub ze starszego protokołu SATA, który jest wolniejszy. Chociaż wiele dysków NVMe używa formatu SFF M.2, nie wszystkie dyski M.2 są dyskami NVMe.

Co sprawia, że NVMe jest szybsze niż tradycyjny dysk HDD?

Dyski NVMe różnią się od tradycyjnych dysków twardych (HDD). Dyski SSD NVMe używają półprzewodnikowej pamięci flash (bez ruchomych części) i łączą się za pomocą szybkiej magistrali PCIe za pomocą wydajnego protokołu komunikacyjnego. Jednostki HDD wykorzystują wirujące płyty magnetyczne oraz mechaniczne głowice do odczytu i zapisu, które są z zasady znacznie wolniejsze i charakteryzują się wyższym czasem odpowiedzi. Są one jednak bardziej kosztowne, a dyski HDD są tańsze.

Porównanie prędkości NVMe i RAM?

Pamięć RAM (Random Access Memory) jest znacznie szybsza niż pamięć NVMe. Pamięć RAM zapewnia ekstremalnie krótki czas odpowiedzi podczas dostępu do danych używanych przez procesor. Chociaż technologia NVMe znacznie poprawia prędkość w porównaniu do starszych modeli przestrzeni dyskowej, takich jak dyski HDD i SSD SATA, to jest ona trwałą przestrzenią dyskową i nie dorównuje prędkościom niemal natychmiastowego dostępu do niestabilnej pamięci RAM.