NVMe Nedir?
NVMe, ana bilgisayarı bellek alt sistemine bağlayan, yüksek performanslı, NUMA ( Tek Tip Olmayan Bellek Erişimi ) optimize edilmiş ve oldukça ölçeklenebilir bir depolama protokolüdür. Protokol nispeten yeni, zengin özelliklere sahip ve sıfırdan, PCIe arabirimi aracılığıyla doğrudan CPU’ya bağlanan uçucu olmayan bellek ortamları (NAND ve Kalıcı Bellek) için tasarlanmıştır. Protokol, yüksek hızlı PCIe şeritleri üzerine inşa edilmiştir. PCIe Gen 3.0 bağlantısı, SATA arabiriminden 2 kat daha fazla aktarım hızı sunabilir.
NVMe Neden Önemli?
NVMe ™ (Uçucu Olmayan Bellek Ekspresi), eski protokollere kıyasla birçok avantaj sağlayan yüksek hızlı depolama ortamına erişim için yeni bir protokoldür. Ancak NVMe nedir ve veri odaklı işletmeler için neden önemlidir?
İşletmeler verilerin sürekli büyümesiyle mücadele ederken, verilerin nasıl yakalandığını, korunduğunu, erişildiğini ve dönüştürüldüğünü yeniden düşünmeleri gerekiyor. Verinin büyük ölçekte performansı, ekonomisi ve dayanıklılığı çok önemlidir. NVMe, işletmeler ve verilerle neler yapabilecekleri üzerinde, özellikle gerçek zamanlı analitik ve gelişen teknolojiler için Hızlı Veri üzerinde büyük bir etkiye sahip.
Bu blog yazısında NVMe’nin ne olduğunu ve depolama mimarisinin nasıl çalıştığına dair derin bir teknik incelemeyi paylaşacağız. Gelecek bloglar, işletmelere hangi özellikleri ve faydaları getirdiğini ve bugün konuşlandırıldığı durumlarda müşterilerin Western Digital‘in NVMe SSD’lerinden, platformlarından ve IoT Edge uygulamalarından kişisel oyunlara kadar her şey için tam özellikli flash depolama sistemlerinden nasıl yararlandığını ele alacak.
NVMe’nin Evrimi
İlk flash tabanlı SSD’ler, mevcut sabit sürücü (HDD) tabanlı kurumsal sunucu / depolama sistemlerindeki değişiklikleri en aza indirmek için eski SATA / SAS fiziksel arayüzlerini, protokollerini ve form faktörlerini kullandı. Ancak, bu arabirimlerin ve protokollerin hiçbiri yüksek hızlı depolama ortamı (yani NAND ve / veya kalıcı bellek) için tasarlanmamıştır. Arayüz hızı, yeni depolama ortamının performansı ve CPU’ya yakınlığı nedeniyle, PCI Express (PCIe) bir sonraki mantıksal depolama arayüzü oldu.
PCIe yuvaları, bellek benzeri erişim sağlayan CPU’ya doğrudan bağlanır ve çok verimli bir yazılım yığını çalıştırabilir. Ancak, ilk PCIe arabirim SSD‘lerinin endüstri standartları veya kurumsal özellikleri yoktu. PCIe SSD’ler, aşağıdakiler de dahil olmak üzere çeşitli nedenlerle sistem ölçeklendirmesi için özellikle zor olan tescilli ürün yazılımından yararlandı: a) cihaz sabit yazılımını çalıştırmak ve sürdürmek, b) farklı sistem yazılımlarıyla ürün yazılımı / cihaz uyumsuzlukları, c) mevcut şeritleri ve CPU’yu her zaman en iyi şekilde kullanmamak yakınlık ve d) kurumsal iş yükleri için katma değerli özelliklerin olmaması. NVMe spesifikasyonları öncelikle bu zorluklar nedeniyle ortaya çıktı.
NVMe Değer Önerisi
NVMe protokolü, yüksek performanslı işlemci mimarilerine benzer şekilde, altta yatan ortama paralel, düşük gecikmeli veri yollarından yararlanır. Bu, eski SAS ve SATA protokollerine kıyasla önemli ölçüde daha yüksek performans ve daha düşük gecikme süresi sunar. Bu sadece yüksek performans gerektiren mevcut uygulamaları hızlandırmakla kalmaz, aynı zamanda veri merkezinde ve Edge’de gerçek zamanlı iş yükü işleme için yeni uygulamalar ve yetenekler sağlar.
Geleneksel protokoller, verileri uygulamalara açık hale getirmek için birçok CPU döngüsü kullanır. Bu boşa harcanan hesaplama döngüleri işletmelere gerçek paraya mal olur. BT altyapı bütçeleri veri hızında büyümüyor ve hem depolamada hem de hesaplamada altyapı getirilerini en üst düzeye çıkarmak için büyük bir baskı altında. NVMe, daha küçük bir altyapı ayak iziyle zorlu uygulama iş yüklerinin üstesinden gelebildiğinden, kuruluşlar toplam sahip olma maliyetini düşürebilir ve önemli iş büyümesini hızlandırabilir.
NVMe Mimarisi – G / Ç Sıralarını Anlama
NVMe mimarisine ve bunun yüksek performans ve düşük gecikme süresine nasıl ulaştığına daha derin bir bakış atalım. NVMe, her kuyruk 64K girişe sahip olmak üzere 64K’ya kadar birden çok G / Ç sırasını destekleyebilir. Eski SAS ve SATA yalnızca tek kuyrukları destekleyebilir ve her biri sırasıyla 254 ve 32 girişe sahip olabilir. NVMe ana bilgisayar yazılımı, sistem yapılandırmasına ve beklenen iş yüküne göre NVMe denetleyicisinin izin verdiği maksimum sayıya kadar kuyruklar oluşturabilir. NVMe, dağıtma / toplama IO’larını destekler, veri aktarımlarında CPU ek yükünü en aza indirir ve hatta iş yükü gereksinimlerine göre önceliklerini değiştirme yeteneği sağlar.
Aşağıdaki resim, Ana Bilgisayar ile NVMe denetleyicisi arasındaki iletişimin çok basitleştirilmiş bir görünümüdür. Bu mimari, uygulamaların aynı anda birden çok G / Ç isteğini başlatmasına, yürütmesine ve bitirmesine ve hızı en üst düzeye çıkarmak ve gecikmeleri en aza indirmek için temeldeki ortamı en verimli şekilde kullanmasına olanak tanır.
NVMe Komutları Nasıl Çalışır?
Bunun çalışma şekli, ana bilgisayarın G / Ç Komut Sıraları ve kapı zili kayıtları (G / Ç Komutları Hazır Sinyali) yazmasıdır; NVMe denetleyicisi daha sonra G / Ç Komut Sıralarını seçer, bunları yürütür ve G / Ç Tamamlama Sıralarını ardından ana bilgisayara bir kesinti gönderir. Ana bilgisayar, G / Ç Tamamlama Sıralarını kaydeder ve kapı yazmacını (G / Ç Komutları Tamamlama Sinyali) temizler. 2. diyagrama bakınız. Bu, SAS ve SATA protokollerine kıyasla önemli ölçüde daha düşük işletme giderleri anlamına gelir.
NVMe Neden Çok Çekirdekli İşlemcilerden En Yüksek Performansı Alır?
Yukarıda bahsettiğim gibi, NVMe NUMA için optimize edilmiş bir protokoldür. Bu, birden çok CPU çekirdeğinin kuyrukların sahipliğini, önceliklerini ve ayrıca tahkim mekanizmalarını ve komutların atomikliğini paylaşmasına izin verir. Bu nedenle, NVMe SSD’ler komutları dağıtabilir / toplayabilir ve çok daha yüksek IOPS ve daha düşük veri gecikmeleri sunmak için bunları sırayla işleyebilir.
NVMe Form Faktörü ve Standartları
NVMe spesifikasyonu, geliştirilmesinden sorumlu olan bir konsorsiyum tarafından yönetilen bir standartlar koleksiyonudur. Şu anda tüm form faktörleri için PCIe katı hal sürücüleri için endüstri standardıdır. Bunlar, standart 2,5 ”U.2 form faktörü, dahili monte edilmiş M.2, Eklenti Kartı (AIC) ve çeşitli EDSFF form faktörleri gibi form faktörlerini içerir.
Birden fazla kuyruk, GÇ’leri birleştirme, sahiplik ve önceliklendirme sürecini tanımlama, G / Ç’lerin çoklu yol ve sanallaştırma, eşzamansız cihaz güncellemelerini yakalama ve daha önce var olmayan diğer birçok kurumsal özellik gibi standarda eklenen özelliklerde pek çok ilginç gelişme yaşanıyor. Bir sonraki blogum, bu özellikler ve bunların veri odaklı işletmeler için nasıl yeni olanaklar yarattıkları hakkında derinlemesine bilgi veriyor.
Standardın daha fazla kullanım durumunda kullanıldığını görüyoruz. Bir örnek, Bölgeli Depolama ve ZNS SSD’lerdir . NVMe Bölgeli Ad Alanı (ZNS), NVM Express organizasyonu tarafından değerlendirilen teknik bir tekliftir. Akıllı veri yerleşimini sürücüden ana bilgisayara taşıyarak, büyük ölçekli altyapı dağıtımlarında büyük veri yönetimi ile mücadele etmeye başladı. Bunu yapmak için, bir ad alanının LBA’sını bölgelere böler ve bu sıralı olarak yazılmalı ve yeniden yazılırsa açıkça sıfırlanmalıdır. Spesifikasyon, geleneksel NVMe SSD’lere göre aşağıdakiler gibi çeşitli avantajlar sağlayan yeni bir NVMe sürücüsü türü sunar:
Yazma büyütme azaltma yoluyla daha yüksek performans
Daha düşük aşırı provizyon ile daha yüksek kapasiteler
Azaltılmış SSD denetleyici DRAM ayak izi sayesinde daha düşük maliyetler
İyileştirilmiş gecikmeler
Bir diğer ilginç kullanım durumu, SD ve microSD Kartı PCIe ve NVMe arayüzleriyle birleştiren SD ™ ve microSD ™ Express karttır – buraya bakın . Bu, yeni nesil yüksek performanslı mobil bilgi işlemin yeteneklerinin bir örneğidir.
Son olarak, NVMe protokolü sadece flash sürücüleri bağlamakla sınırlı değildir, aynı zamanda bir ağ protokolü veya Kumaşlar üzerinden NVMe olarak da kullanılabilir . Bu yeni ağ protokolü, çeşitli taşımalar için ortak bir çerçeve olan yüksek performanslı bir depolama ağı yapısına olanak tanır.
NVMe İşletmeler İçin Önemli mi?
Kurumsal sistemler genellikle verilere açtır. Yeni uygulamalardan gelen veri ve taleplerdeki üstel artış SSD’leri tıkayabilir. Eski depolama protokollerine bağlı yüksek performanslı SSD’ler bile Hızlı Veri’nin bazı yeni zorluklarıyla karşılaştıklarında daha düşük performans, daha yüksek gecikme süreleri ve düşük hizmet kalitesi yaşayabilir. NVMe’nin benzersiz özellikleri, geleneksel ölçek büyütme veritabanı uygulamalarından yeni çıkan Edge bilişim mimarilerine ve yeni veri taleplerini karşılamak için ölçeklendirmeye kadar her şey için darboğazları önlemeye yardımcı olur.
Yüksek performanslı ve uçucu olmayan depolama ortamları için tasarlanan NVMe, yüksek talepkar ve yoğun bilgi işlem gücü gerektiren kurumsal, bulut ve uç veri ekosistemlerinde öne çıkan tek protokoldür.
