NVMe-Of™: Liệu Fabric Có Thay Đổi SSD Không?

NVMe-Of™: Liệu Fabric Có Thay Đổi SSD Không?

Sự gia tăng của các thiết bị NVMe™ trong trung tâm dữ liệu đã thúc đẩy việc áp dụng NVMe trên Fabrics (NVMe-oF™). Tuy nhiên, hiện tại, khi NVMe-oF ngày càng hoàn thiện, chúng ta có thể cần phải quay lại và suy nghĩ lại về cách chúng ta thiết kế tích hợp fabric và SSD.

NVMe — Tình hình hiện tại

Khi sự thâm nhập của NVMe trên cơ sở hạ tầng đám mây công cộng và riêng tư tăng lên, nó giúp các kiến ​​trúc trung tâm dữ liệu chuyển từ hệ thống mở rộng quy mô sang hệ thống mở rộng quy mô hàng hóa, mở ra các mô hình mới về điện toán phân tán. Khi các thông số kỹ thuật và tính năng lưu trữ NVMe phát triển hơn nữa, chúng tập trung vào hiệu quả hệ thống, khả năng mở rộng và các thách thức về sử dụng. Điều này mở ra cánh cửa cho một công nghệ mới hơn ra đời để đáp ứng — NVMe-over-Fabrics hay NVMe-oF. Sau đây là lý do và ý nghĩa tiềm tàng của nó đối với các kiến ​​trúc cơ bản.

Những thách thức về kiến ​​trúc hệ thống hiện tại

Việc tạo và sử dụng dữ liệu không ngừng gia tăng trên thế giới xung quanh chúng ta. Những thách thức do sự gia tăng của dữ liệu, cùng với sự phức tạp của các ứng dụng, mang lại tầm quan trọng tối cao cho việc dữ liệu được lưu trữ và xử lý ở đâu, khi nào và như thế nào.

Cơ sở hạ tầng CNTT truyền thống chủ yếu là tĩnh và được thiết kế để xử lý các tình huống khối lượng công việc cực lớn (không nhất thiết là khối lượng công việc hàng ngày). Do đó, một thiết kế tốt luôn cung cấp phần cứng cho sự phát triển trong tương lai. Tuy nhiên, điều này thường có nghĩa là sự phát triển của toàn bộ cơ sở hạ tầng. Ví dụ, khi cần và bổ sung thêm sức mạnh tính toán, dung lượng lưu trữ, băng thông mạng và bộ nhớ thường tăng theo, cho dù có cần hay không.

Những hệ thống này, được thiết kế với cách tiếp cận mở rộng quy mô phổ biến, thường vẫn chưa được sử dụng hết. Phần cứng được cung cấp không được sử dụng hết và một số hệ thống không hoạt động trong phần lớn thời gian.

Bây giờ bạn đã vào, bây giờ bạn đã ra — Kiến trúc phát triển như thế nào

Ngày nay, các hệ thống mở rộng quy mô cho phép mở rộng đồng thời tính toán, bộ nhớ và lưu trữ tức là tất cả chúng đều kết hợp với nhau. Các hệ thống ảo hóa cho phép gộp và phân vùng tài nguyên một cách đàn hồi, trong khi các nền tảng cơ sở hạ tầng siêu hội tụ (HCI) đã tiến xa hơn và chuyển đổi các hệ thống DAS không chia sẻ thành kiến ​​trúc chia sẻ mọi thứ (Hình #1). Mặc dù tất cả những điều đó đã làm tăng tính linh hoạt và đàn hồi, nhưng vẫn không giải quyết được vấn đề mở rộng tài nguyên độc lập.

Khi chúng ta hướng tới việc xây dựng các kiến ​​trúc hiệu quả hơn để xử lý sự phát triển và tính phức tạp của dữ liệu, cần phải có cơ sở hạ tầng dữ liệu linh hoạt và có khả năng mở rộng hơn. Giống như các trung tâm dữ liệu siêu quy mô, các trung tâm dữ liệu đám mây và doanh nghiệp trong tương lai sẽ cần khả năng mở rộng độc lập của ba yếu tố quan trọng - tính toán, bộ nhớ và lưu trữ.

Hình #1 – Môi trường truyền thống so với môi trường siêu hội tụ so với môi trường hỗ trợ vải

Tại sao vải lại quan trọng?

Để giải quyết các thách thức về khả năng mở rộng độc lập, các hệ thống cần cô lập tính toán, bộ nhớ và lưu trữ thông qua một số mạng. Tuy nhiên, để đảm bảo hiệu suất tối ưu, mạng này cần phải tinh gọn — không có chi phí lớn như các bước nhảy mạng hoặc độ trễ giao thức.

Khái niệm về vải không phải là mới trong thế giới hệ thống lưu trữ. Chúng ta có SCSI qua Ethernet và SCSI qua kênh Fibre, trở nên phổ biến vì các tùy chọn tốc độ cao hơn và kết nối không mất dữ liệu. Tuy nhiên, với NVMe-oF, các hệ thống phân tách mới có thể vừa tách rời tính toán và lưu trữ, vừa cho phép hiệu suất giống như DAS và truy cập dữ liệu được chia sẻ với tính song song lớn. Hơn nữa, các hệ thống phân tách được kết nối vải cũng có thể nâng cao hơn nữa khả năng cấu hình hệ thống — khả năng nhanh chóng cấu hình lại và triển khai tài nguyên phần cứng thông qua điều phối phần mềm, bất cứ khi nào cần.

Hình #2 – Cơ sở hạ tầng phân tách có thể mở rộng so với cơ sở hạ tầng có thể cấu thành

NVMe + Fabrics – Bước tiếp theo trong quá trình phát triển NVMe-oF

Khi các hệ thống muốn đáp ứng nhu cầu về cả hiệu suất cao cũng như kiến ​​trúc phân tách có khả năng mở rộng độc lập, đàn hồi và linh hoạt, thì có nhiều cấu hình phần cứng và mạng có thể đạt được điều này.

Tiêu chuẩn truyền dữ liệu NVMe vừa là giao thức giữa phương tiện flash và bộ điều khiển lưu trữ, vừa là giao thức giữa máy chủ và bộ điều khiển lưu trữ trên các fabric. Câu hỏi là làm thế nào để thực hiện điều này.

Một cách là thêm kết nối fabric vào các thiết bị lưu trữ (Hình #3). SSD NVMe, khi được kết nối trực tiếp với fabric như PCIe, Ethernet hoặc Infiniband, có thể hỗ trợ các giao thức có độ trễ thấp và mở ra thế giới của các hệ thống phân tách mới. Tuy nhiên, điều này mang lại những câu hỏi công nghệ thú vị:

1. Nên chọn loại vải và quy trình nào?
2. Sự tích hợp bên ngoài của vải và SSD trông như thế nào?
3. Liệu chúng ta có chứng kiến ​​sự xuất hiện của bộ điều khiển SSD nhúng trong vải gốc không?

Hình #3 – Kết nối vải với thiết bị lưu trữ

Khi chúng ta xem xét các tùy chọn bộ điều khiển khác nhau, chúng ta cần nghĩ đến vai trò của SSD, kiểm tra dung lượng cũng như phương tiện lưu trữ cơ bản. Ví dụ, SSD hỗ trợ fabric có nên được giới thiệu không? Và nếu có, chúng có yêu cầu các khả năng xử lý bổ sung như chuyển đổi giao thức và kiểm soát luồng, v.v. trong fabric hay trong bộ điều khiển SSD không? Điều này có ý nghĩa gì đối với phần mềm lưu trữ, bảo vệ dữ liệu và quản lý lưu trữ?

Khi chúng ta khám phá những câu hỏi này, chúng ta cũng nên xem xét các hiệu quả kiến ​​trúc mới, chẳng hạn như chuyển một số hoạt động tính toán từ CPU hệ thống sang các lõi khả dụng khác. Cách chúng ta tích hợp các kích thước khác nhau của vải và lõi với các thiết bị lưu trữ có thể mở ra một mô hình tính toán mới trên NVMe-oF.  

Làm thế nào để kích hoạt NVMe-oF?

Trong blog tiếp theo, tôi sẽ thảo luận về cách thức và thời điểm kích hoạt bộ điều khiển fabric gốc và thiết kế cơ sở hạ tầng có khả năng mở rộng, đàn hồi và linh hoạt, có thể phân tách và kết hợp độc lập.

---