O que é o NVMe?

Noções básicas sobre NVMe

Na sua essência, NVMe é uma nova interface de comunicação e um novo driver de acionador de geradores concebidos de raiz para tirar o máximo partido da natureza paralela e da baixa latência do armazenamento baseado em flash.

Antes das NVMs, os SSDs costumavam usar interfaces como SATA (Serial ATA) ou SAS (Serial Attached SCSI), que originalmente eram desenvolvidas para discos rígidos mecânicos (HDDs) muito mais lentos.

Estas novas interfaces permitem às unidades de estado sólido (SSD) oferecer um melhor desempenho face a um produto HDD, mas acabaram por criar obstáculos que impedem a plena exploração do potencial da memória flash. O NVMe responde a esta questão ligando-se diretamente à CPU através do barramento PCIe de alta velocidade, permitindo caminhos de dados mais diretos e uma largura de banda significativamente maior.

Diferença entre NVMe e Protocolos de Armazenamento Tradicionais

A distinção entre as novas máquinas virtuais de geração e os protocolos de armazenamento tradicionais, como SATA e SAS, é flagrante, principalmente em torno da eficiência, do paralelismo e da latência.

Os protocolos tradicionais, concebidos numa era de discos giratórios e cabeças mecânicas, incorporam estruturas de comando e de processamento desnecessárias e prejudiciais para o desempenho de um produto de memória flash.

O SATA, por exemplo, suporta apenas uma fila de comandos com uma profundidade de até 32 comandos. Embora a SAS ofereça melhorias, ainda transporta bagagem antiga.

Em contrapartida, a NVMe foi concebida especialmente para as características da memória não volátil. Suporta um número significativamente maior de filas de comandos - até 65 535 filas, cada uma com capacidade para suportar até 65 536 comandos.

Este aumento massivo na capacidade de filas permite um grau muito maior de paralelismo, o que significa que o sistema pode lidar com um número muito maior de pedidos de E/S simultaneamente. Isto é crucial para os processadores multi-core modernos e para as cargas de trabalho exigentes que geram muitas operações simultâneas de acesso a dados.

Casos de uso e aplicações NVMe

As características de desempenho transformador do NVMe interno levaram à sua adoção generalizada em vários ambientes exigentes, tais como servidores dedicados - nos quais a velocidade, a baixa latência e o alto débito são primordiais para o produto - através de aplicações transacionais, tais como a gestão de identidades e acessos.

A sua capacidade de acelerar significativamente o acesso aos dados torna-o numa tecnologia fundamental para aplicações modernas que requerem uma utilização intensiva de dados - onde o preço da unidade de disco rígido não constitui um problema.

Otimização das infraestruturas cloud e no local

O NVMe desempenha um papel crucial na otimização das infraestruturas locais e cloud da próxima geração ao atenuar os estrangulamentos no armazenamento que podem prejudicar o desempenho global do sistema.

Nos ambientes cloud, públicos, privados ou híbridos, o armazenamento baseado em NVMe permite aos fornecedores de serviços public cloud oferecer níveis de desempenho mais elevados e suportar uma maior densidade de máquinas virtuais (VM) por servidor físico.

Isto traduz-se num suporte para uma melhor capacidade de resposta das aplicações e uma melhor utilização dos recursos. Para os datacenters locais, a integração de NVMe permite revitalizar uma infraestrutura antiga a baixo preço, melhorar o desempenho de aplicações empresariais críticas como as bases de dados e os sistemas de gestão integrada dos recursos (ERP) e aplicar estratégias mais eficientes de escalonamento de dados.

Ao assegurar um rápido acesso aos dados, a NVMe ajuda as organizações a respeitar rigorosos acordos de nível de serviço (SLA) e a oferecer uma excelente experiência de utilizador aos seus serviços e aplicações alojados. A tecnologia é fundamental para criar ambientes de TI ágeis e reativos, capazes de lidar com cargas de trabalho dinâmicas.

Suporte para cargas de trabalho de IA e Machine Learning

As cargas de trabalho de Inteligência Artificial (IA) e Machine Learning (ML) consomem intrinsecamente muitos dados e são informaticamente intensivas, exigindo um acesso extremamente rápido a vastos conjuntos de dados empresariais.

Uma unidade SSD NVMe é excecionalmente adequada para suportar estas cargas de trabalho IA e ML exigentes. Durante a fase de treino de modelos ML, grandes quantidades de dados devem ser introduzidas rápida e repetidamente nas unidades de processamento (GPU ou CPU).

O alto débito e a baixa latência da NVMe reduzem significativamente os tempos de ingestão de dados e de espera de E/S, acelerando o processo iterativo de treino de modelos. Isto permite que cientistas e investigadores de dados experimentem mais rapidamente e desenvolvam modelos mais precisos em menos tempo.

Da mesma forma, no que diz respeito à inferência da IA, em que os modelos treinados fazem previsões sobre novos dados, a NVMe assegura que os dados e os parâmetros dos modelos possam ser consultados com um atraso mínimo, o que é crítico para as aplicações em tempo real, como o reconhecimento de imagens, o processamento em linguagem natural e os sistemas autónomos.

As unidades de estado sólido NVMe também permitem pré-processar dados e implementar funcionalidades, o que frequentemente implica uma manipulação intensiva dos dados.

Acelere a análise de Big Data

A análise de negócio de Big Data envolve o processamento e a análise de grandes volumes de dados estruturados e não estruturados para extrair informações valiosas. As soluções de armazenamento tradicionais tornam-se frequentemente num obstáculo de desempenho significativo, tornando mais lentos os tempos de consulta e a geração de relatórios.

A NVMe acelera a análise de Big Data fornecendo as performances de E/S necessárias para acompanhar os potentes motores de processamento. Quer se trate de análises em tempo real, consultas ad-hoc complexas ou trabalhos de processamento em batch de grande escala, as unidades de estado sólido NVMe minimizam os atrasos no acesso aos dados.

Por exemplo, a utilização de NVMe como camada de cache ou para o armazenamento primário em plataformas de análise distribuídas, como Apache Spark ou Hadoop, pode melhorar consideravelmente os tempos de conclusão do trabalho.

Um carregamento mais rápido dos dados nos motores de análise de empresas da próxima geração e uma recuperação mais rápida dos resultados intermédios permitem às empresas obter informações a partir dos seus dados mais rapidamente, possibilitando uma tomada de decisões mais informada e uma vantagem competitiva.

Quando se discute "NVMe vs SSD", é importante esclarecer que o NVMe (Non-Volatile Memory Express) é uma interface de comunicação e um driver, e não um tipo de memória em si. As unidades SSD (Unidades de estado sólido) utilizam memória flash para armazenamento.

Assim, a comparação é feita tipicamente entre discos SSD NVMe e discos SSD que utilizam interfaces antigas como SATA (Serial ATA). A compreensão das suas distinções é essencial para selecionar o armazenamento adequado às necessidades específicas:

• Comparativo das performances: Os discos SSD NVMe oferecem desempenhos significativamente superiores, com velocidades de leitura/escrita muito mais elevadas (muitas vezes 3-7 vezes mais rápidas ou mais), IOPS (Input/Output Operations Per Second) muito maiores e latências substancialmente mais baixas quando comparados com discos SSD SATA, devido à ligação PCIe direta da NVMe e ao protocolo otimizado para a memória flash.
   
• Diferenças entre os casos de custo e uso: Normalmente, os discos SSD NVMe têm um custo por gigabyte superior aos discos SSD SATA. Por isso, costumamos optar por aplicações críticas em termos de desempenho, como jogos topo de gama, edição de vídeo, cargas de trabalho IA/ML e servidores empresariais, enquanto os discos SSD SATA oferecem uma solução mais económica para computação em geral, sistemas mais antigos ou armazenamento em massa, onde a velocidade máxima não é a prioridade.

Escolha uma unidade de estado sólido NVMe para utilização com expresso e elevado desempenho sobre um SSD SATA quando a carga de trabalho e o caso de utilização da sua empresa exigirem a menor latência possível e o maior débito — como para a criação de conteúdos profissionais, operações intensivas de bases de dados, análises exigentes ou jogos competitivos — e o seu sistema suportar a interface NVMe, e o ganho de desempenho justificar o investimento normalmente mais elevado.

Perguntas mais frequentes

O NVMe é melhor que o SSD?

O NVMe é um protocolo utilizado por alguns discos SSD de elevado desempenho. Assim, um SSD NVMe é um tipo de SSD. Comparados com discos SSD mais antigos que utilizam protocolos como SATA, os discos SSD NVMe oferecem desempenhos consideravelmente superiores graças à sua ligação PCIe direta à CPU e a um protocolo especialmente concebido para a memória flash na empresa.

O NVMe é idêntico ao SSD M.2?

Não, são coisas diferentes. M.2 é um fator de forma física (a forma e o tamanho da unidade, como um pente pequeno - neste caso, SFF ou dimensões reduzidas). Um SSD SFF M.2 pode utilizar o protocolo NVMe de alta velocidade ou o protocolo SATA mais antigo e mais lento. Assim, enquanto muitos discos NVMe utilizam o formato SFF M.2, nem todos os discos M.2 são NVMe.

O que torna o NVMe mais rápido do que os discos HDD tradicionais?

Os discos NVMe são fundamentalmente diferentes dos discos rígidos (HDD) tradicionais. As unidades SSD NVMe utilizam memória flash de estado sólido (sem peças móveis) e ligam-se através de um bus PCIe rápido graças a um protocolo de comunicação eficiente. As unidades de disco rígido contam com placas magnéticas giratórias e cabeças de leitura/escrita mecânicas, que são inerentemente muito mais lentas e têm uma latência mais elevada. No entanto, têm preços mais exigentes, pois os discos rígidos oferecem preços mais baixos.

Qual é a relação entre NVMe e RAM em velocidade?

A memória RAM (Random Access Memory) é consideravelmente mais rápida que o armazenamento NVMe. A memória RAM foi concebida para permitir um acesso de latência extremamente baixa aos dados de utilização atualmente em curso na CPU. Embora a NVMe ofereça uma melhoria massiva da velocidade relativamente a armazenamentos mais antigos, como HDD e SATA SSD, funciona como um armazenamento persistente e não corresponde às velocidades de acesso quase instantâneo da RAM do sistema volátil.