NVMe là gì, và nó thay đổi quy trình lưu trữ doanh nghiệp như thế nào?

Là một giao thức truyền thông được phát triển đặc biệt cho lưu trữ flash, NVMe cho phép xử lỹ dữ liệu với tốc độ nhanh hơn và mật độ lớn hơn so với các giao thức cũ. Nó hướng  tới các doanh nghiệp với khối lượng công việc đòi hỏi hiệu suất cao, chẳng hạn như phân tích dữ liệu tức thì, các nền tảng giao dịch trực tuyến và các công việc cần xử lý ngay.

NVMe vs. SAS

NVMe nhằm mục đích giảm chi phí phần mềm giữa các ứng dụng và việc lưu trữ trong các hệ thống flash.

Các hệ thống lưu trữ dựa trên Flash thường sử dụng các liên kết SAS từ bộ xử lý điều khiển của chúng để giao tiếp với flash. SAS dựa trên giao thức SCSI, vốn được phát triển để sử dụng với các ổ đĩa cứng chậm hơn. SCSI có thể được sử dụng để giao tiếp với flash, nhưng nó không lý tưởng. “Cách đọc và viết - SCSI chỉ giả định rằng ổ đĩa flash mà nó đang kết nối là một ổ đĩa cứng. Nó không thực sự hiệu quả để đạt được giá trị hiệu suất của flash, ”Eric Burgener, Phó giám đốc nghiên cứu lưu trữ tại IDC nói.

NVMe được thiết kế để tận dụng tốt hơn độ trễ theo micro giây được cung cấp bởi tất cả các hệ thống lưu trữ flash và loại bỏ tắc nghẽn SCSI. “NVMe được xây dựng đặc biệt cho flash. Nó thậm chí không hỗ trợ đĩa cứng. Và đó là một giao thức hiệu quả hơn nhiều vì nó chỉ hoạt động theo cách tốt nhất để đọc và ghi vào flash, ”Burgener cho biết.

NVMe hoạt động như thế nào

Cụ thể, NVMe sử dụng các đường dẫn dữ liệu song song, có độ trễ thấp để tăng tốc độ xử lý ở back-end của hệ thống flash : NVMe hỗ trợ 64.000 “hàng chờ” mà mỗi hàng có thể chứa tới 64.000 câu lệnh.

"SCSI là một giao thức nối tiếp, vì vậy khi bạn đang cố gắng kết nối với các thiết bị đĩa được gắn vào một bộ điều khiển SCSI, bạn chỉ có kết nối với từng cái một," Burgener nói. “NVMe cho phép bạn có 64.000 câu lệnh chờ cùng một lúc , vì vậy bạn có thể nhận được nhiều thiết bị hơn ở back-end của hệ thống. Đó chỉ là một cách hiệu quả hơn để truy cập dung lượng lưu trữ ở back-end với giao diện song song khổng lồ này.”

Tại sao doanh nghiệp cần NVMe

Có rất nhiều mảng  công việc cần xử lý ngay như phân tích dữ liệu tức thì hoặc các môi trường dữ liệu hiệu suất cao sẽ trực tiệp hưởng lợi từ khả năng tăng cao hiệu suất của NVMe. Phân tích và xử lý dữ liệu tức thì đang trờ thành điều không thể thiếu của các doanh nghiệp và IDC dự đoán rằng khoảng 60% đến 70% các công ty trong Fortune 2000 sẽ có ít nhất một lượng công việc quan trọng đòi hỏi phân tích dữ liệu lớn một cách nhanh chóng vào năm 2020.

“Khi một doanh nghiệp có mảng công việc mà nếu được xử lý nhanh hơn sẽ thúc đẩy lợi ích kinh doanh của công ty như tiền hoa hồng nhiều hơn, doanh thu cao hơn, dịch vụ khách hàng tốt hơn - đó là những mảng  công việc buộc khách hàng phải thốt lên rằng, 'Tôi phải có NVMe ngày hôm nay, ”Bergener nói.

Các sản phẩm NVMe

Các nền tảng lưu trữ đầu tiên tận dụng NVMe thay vì công nghệ SCSI bắt đầu xuất xưởng vào năm 2016 và 2017 từ các công ty startup bao gồm Apeiron Data Systems, E8 Storage, Excelero, Micron và Pavilion Data Systems. Các hệ thống này chủ yếu hướng tới các mảng công việc chuyên biệt cần xử lý nhanh, chẳng hạn như phân tích giao dịch.

Trong khi đó, những công ty lưu trữ đã được thành lập cũng không bỏ qua giao thức kết nối nhanh hơn này và đã tái thiết lập các hệ thống của họ để hỗ trợ NVMe. Trong nửa đầu năm 2018, đã có hàng loạt các thông báo về NVMe, bao gồm:

• Dell EMC tái cấu trúc dòng sản phẩm doanh nghiệp VMAX hàng đầu của mình, hiện được gọi là PowerMax, để hỗ trợ NVMe. Công ty cũng hứa hẹn sẽ tiếp tục hỗ trợ NVMe thay vì kết nối Fabric. Trong buổi trao đổi ngắn trước hội nghị Dell Technologies World 2018, phó giám đốc marketing  cho nhóm giải pháp cơ sở hạ tầng, ông Sam Groot, phát biểu: "Đây là lần đầu tiên chúng tôi thiết kế một hệ thống mới cho NVMe," .
• HPE đã công bố thế hệ tiếp theo của nền tảng lưu trữ Nimble; hệ thống mới HPE Nimble Storage All Flash cũng như Nimble Adaptive Flash cho hệ thống lưu trữ lai đều được thiết kế để hỗ trợ NVMe.
• Tháng 2 vừa qua, IBM công bố rằng FlashSystem 900 của công ty này sẽ hỗ trợ Infiniband NVMe thay cho Fabric và chia sẻ các kế hoạch để hỗ trợ khả năng kết nối NVMe để thay thế giao thức kết nối Fabric trong các phiên bản tương lai của IBM Spectrum Virtualize và Spectrum Accelerate.
• NetApp đã giới thiệu AFF A800, một hệ thống lưu trữ doanh nghiệp toàn flash mới và cũng là hãng đầu tiên cung cấp NVMe đầu cuối. AFF A800 kết hợp các ổ đĩa trạng thái rắn với kết nối NVMe thay cho Fabric. Nó có thể đạt được độ trễ dưới 200 micro giây từ máy chủ ứng dụng thông qua lưu trữ dữ liệu và thông lượng 300 GB / s nhờ sự kết hợp giữa ổ cứng NVMe và kết nối NVMe / FC.
• Pure Storage (đã bán hệ thống Flash Array X70 dựa trên giao thức NVMe từ năm ngoái) đã thông báo rằng nó đang mở rộng công nghệ NVMe trên toàn bộ các dòng FlashArray X. Năm model - X10, 20, 50, 70 và 90 - có thể được cấu hình với kiến ​​trúc trực tiếp NVMe.

Điểm khác biệt chính giữa các công ty startup và các nhà cung cấp lớn hơn là các nhà cung cấp lớn hơn đang cung cấp hỗ trợ NVMe cùng với các dịch vụ dữ liệu cấp doanh nghiệp hiện có của họ.

"Điều khác biệt là họ sử dụng các nền tảng lưu trữ hàng đầu của họ, với rất nhiều tính năng phần mềm, chẳng hạn như  chụp nhanh, mã hóa, giảm dữ liệu nội tuyến, sao chép,  và đưa công nghệ NVMe vào các hệ thống đó, Bergener nói. “Vì vậy, họ có thể đạt được một khối lượng công việc khác với những công ty startup mà không có những tính năng phần mềm này. Những gì họ cung cấp chỉ là hiệu suất thuần túy. ”

Đặc biệt, các nhà cung cấp lưu trữ doanh nghiệp có thể nhắm đến mục tiêu hợp nhất khối lượng công việc hỗn hợp, dày đặc hơn, Bergener nói. Trong môi trường  công việc hỗn hợp, các ứng dụng dữ liệu truyền thống và các ứng dụng quy mô web hiện đại có thể chia sẻ cùng một cơ sở hạ tầng. Các nền tảng startup chỉ được triển khai cho một khối lượng công việc chuyên dụng  với nhu cầu hiệu năng cao.

Tương lai của NVMe

Khi công nghệ NVMe phát triển, chi phí  giảm, và yêu cầu hiệu năng lưu trữ tăng lên, các doanh nghiệp sẽ chuyển sang hệ thống lưu trữ trên nền tảng flash tích hợp đầu cuối và có thể hỗ trợ khối lượng công việc hỗn hợp. “Có một số tranh luận xung quanh một hệ thống xử lý khối lượng công việc hỗn hợp được xây dựng từ NVMe thay vì SCSI. Nó vẫn có flash, nhưng đó là flash mà bạn sử dụng qua NVMe thay vì flash mà bạn sử dụng với hơn SCSI. Bạn có thể xây dựng một hệ thống mạnh mẽ hơn trong một dấu chân nhỏ hơn, sử dụng ít năng lượng hơn với phiên bản dựa trên NVMe, ”Bergener nói.

"Tại IDC, chúng tôi nghĩ rằng NVMe hoàn toàn sẽ thay thế SCSI cho mảng lưu trữ chính," Bergener nói. “Nhưng phải mất đến 2021 trước khi hơn 50% doanh thu được tạo ra bởi các mảng lưu trữ chính - đây là những mảng toàn bộ flash - đến từ các hệ thống dựa trên NVMe. Chúng ta chỉ mới bắt đầu. ”

Đối với các nhà quản lý lưu trữ doanh nghiệp đang so sánh SCSI so với công nghệ NVMe để mua nền tảng lưu trữ doanh nghiệp tiếp theo, điều quan trọng là đảm bảo nền tảng họ chọn có thể được nâng cấp lên các công nghệ lưu trữ mới hơn (ví dụ: NVMe thay thế Fabric ) mà không  bị gián đoạn.

Vẫn sẽ có rất nhiều hệ thống lưu trữ toàn Flash dựa trên SCSI được bán trong vài năm tới. Tuy nhiên “những khách hàng đang mong muốn nâng cấp mật độ cơ sở hạ tầng, để họ có thể xử lý khối lượng công việc nhiều hơn trên nền tảng nhỏ hơn, hoặc nếu họ cần độ trễ tuyệt đối và lợi thế thông lượng, họ có thể đạt điều này nhờ có NVMe - đó là những người cần NVMe ngay bây giờ”, Bergener nói.