Western Digital Giải Thích Về NVMe™ over Fabrics (NVMe-oF™)

NVMe – Nó là gì?

Trước khi đi sâu vào NVMe-oF, hãy lùi lại một bước để đảm bảo rằng chúng ta hiểu được nền tảng – NVMe.

Các thiết bị lưu trữ flash ban đầu được kết nối qua SATA hoặc SAS – các giao thức đã được phát triển cách đây hàng thập kỷ cho ổ đĩa cứng (HDD) và vẫn được sử dụng rộng rãi cho cơ sở hạ tầng dữ liệu. Bộ lưu trữ flash kết nối SATA và SAS mang lại hiệu suất vượt trội so với ổ cứng HDD. Tuy nhiên, khi tốc độ tăng lên – trên CPU, bảng nối đa năng, DRAM và mạng – các giao thức SATA và SAS bắt đầu hạn chế hiệu suất của các thiết bị flash. Các giao thức SATA và SAS tính đến các đặc điểm của ổ cứng, chẳng hạn như độ trễ quay, thời gian tìm kiếm đầu từ, v.v., điều này làm tăng thêm độ phức tạp không cần thiết cho phương tiện dựa trên flash. Để tận dụng tối đa hiệu suất lưu trữ flash, giao thức Non-Volatile-Memory-Express (NVMe) đã được tạo ra (phiên bản 1.0 vào đầu năm 2008).

Đúng như tên gọi, NVMe được thiết kế với mục tiêu lưu trữ là bộ nhớ flash chứ không phải đĩa. Do đó, nó được phát triển như một giao thức hiệu quả hơn (nhanh hơn) nhiều và các thiết bị NVMe sử dụng giao diện điện PCIe để giao tiếp với CPU, DRAM, v.v. Với nhiều làn IO hơn SAS hoặc SATA, NVMe mang lại hiệu suất cực cao. Như đồng nghiệp của tôi, Erik Ottem đã nói trong một hội thảo trực tuyến gần đây, NVMe là đường cao tốc có 12 làn xe được chia đôi so với đường nông thôn hai làn trước đây (tức là SAS và SATA). Xem video dưới đây:

Ngày nay, NVMe thường được sử dụng trong các máy chủ để kết nối ổ đĩa flash với bus PCIe dưới dạng bộ lưu trữ gắn trực tiếp, giúp máy chủ sử dụng phương tiện flash hiệu quả hơn. Tuy nhiên, thách thức khi sử dụng NVMe theo cách đó là bất kỳ hệ thống nào khác ngoài máy chủ được gắn vào thiết bị flash đều không thể truy cập được thiết bị flash – có khả năng tạo ra tình huống thiết bị không được sử dụng đúng mức trong khi các máy chủ khác có thể hưởng lợi từ flash bổ sung.

Enter Fabrics

Giao thức NVMe không chỉ giới hạn ở việc kết nối ổ đĩa flash mà còn có thể được sử dụng làm giao thức mạng. Khi được sử dụng trong bối cảnh này, “kết cấu” cho phép kết nối bất kỳ với bất kỳ kết nối nào giữa các phần tử. Điều này nhằm phân biệt nó với một mạng có thể hạn chế các kết nối có thể có giữa các phần tử đính kèm.

NVMe over Fabrics (NVMe-oF) đang cho phép các tổ chức tạo ra một mạng lưu trữ hiệu suất rất cao với độ trễ sánh ngang với lưu trữ gắn trực tiếp (DAS). Kết quả là, các thiết bị flash có thể được chia sẻ giữa các máy chủ khi cần thiết.

NVMe-oF – Fibre Channel vs. Ethernet

Tuy nhiên, khi nói đến kết nối mạng, bạn có thể tự hỏi liệu giao thức này có bị giới hạn ở cáp quang hay ethernet không? Tin vui là nó có thể chạy trên cả bộ chuyển kênh sợi quang truyền thống và bộ chuyển mạch IP. Hầu hết các bộ chuyển mạch kênh cáp quang hiện đại đều đã cập nhật chương trình cơ sở và có thể hỗ trợ giao thức NVMe-oF hiện nay. Ethernet, được hỗ trợ bởi một số tiêu chuẩn, cung cấp các lựa chọn bổ sung cho cơ sở hạ tầng CNTT.

Việc tận dụng NVMe-oF với Fibre Channel (FC) sẽ là điều dễ dàng đối với các môi trường đã được đầu tư vào cơ sở hạ tầng FC. FC được thiết kế để lưu trữ và có thể hỗ trợ đồng thời cả lưu lượng SCSI cũ và lưu lượng NVMe. Vì hầu hết các tổ chức sẽ tích hợp NVMe-oF vào trung tâm dữ liệu hiện có nên sự hỗ trợ hiện tại của cả hai giao thức cho phép họ thực hiện chuyển đổi với tốc độ thoải mái.

NVMe-oF qua Ethernet thường dựa vào Truy cập bộ nhớ trực tiếp từ xa (RDMA), cho phép hai máy tính trên cùng một mạng trao đổi nội dung bộ nhớ mà không cần đến bộ xử lý. Mặc dù RDMA không phải là một giao thức lưu trữ cụ thể nhưng nó có thể được kích hoạt trong mạng lưu trữ với các giao thức như RoCE (RDMA qua Ethernet hội tụ) và iWARP (giao thức RDMA diện rộng trên internet). Một sản phẩm mới trong triển khai Ethernet NVMe-oF là NVMe/TCP, cho phép khách hàng chạy NVMe-oF trên cơ sở hạ tầng Ethernet hiện có, tận dụng cơ sở hạ tầng cũ hoặc không phải RDMA trong khi có thể phải chịu một mức phạt nhỏ về hiệu suất.

Quyết định giữa các tùy chọn NVMe-oF

Cho đến khi NVMe/TCP ra mắt, NVMe/FC đã mang lại những lợi thế rõ ràng cho nhiều doanh nghiệp. Nó có thể chạy cả SCSI và NVMe cùng lúc, đồng thời có khả năng tự động phát hiện giúp việc thêm máy chủ hoặc bộ lưu trữ mới vào kết cấu dễ dàng hơn. Thách thức đối với FC nằm ở bên ngoài doanh nghiệp, nó không phổ biến như các trường hợp sử dụng dựa trên Ethernet, như NFS và iSCSI. RoCE và iWARP đang nổi lên với nhiều triển khai hơn và các nhà cung cấp giải pháp này khẳng định một số lợi thế về hiệu suất so với FC do khả năng truy cập bộ nhớ trực tiếp của RDMA. NVMe/TCP, mặc dù xuất hiện muộn nhưng có một số lợi thế và dường như phù hợp với các tổ chức không có cơ sở hạ tầng FC kế thừa và không yêu cầu RDMA.

NVMe-oF: Sự cần thiết và Thời điểm

Việc các nhà lập kế hoạch CNTT tích cực chuyển sang NVMe-oF phần lớn là do nhu cầu và thời điểm. Bước đầu tiên đến NVMe đối với hầu hết các tổ chức là NVMe Flash Array với các kết nối mạng truyền thống với mạng lưu trữ. Mặc dù các hệ thống này tạo ra IOPS lên đến hàng triệu, nhưng thực tế là có rất ít khối lượng công việc đòi hỏi nhiều hơn hiệu suất của các hệ thống này.

Tuy nhiên, có một loại khối lượng công việc mới nổi có thể tận dụng tối đa hiệu suất và độ trễ thấp của hệ thống NVMe đầu cuối.

Ngoài ra, mục tiêu lưu trữ NVMe-oF có thể được chia sẻ linh hoạt giữa các khối lượng công việc – cung cấp tài nguyên lưu trữ “theo yêu cầu” hoặc có thể kết hợp , mang lại các lợi ích bổ sung, bao gồm tính linh hoạt, tính linh hoạt và hiệu quả tài nguyên cao hơn.

Những khách hàng vận hành khối lượng công việc đòi hỏi hiệu suất cao và độ trễ thấp nên đánh giá những ưu điểm và nhược điểm của việc chuyển sang triển khai NVMe-oF toàn diện. Tuy nhiên, các nhà lập kế hoạch CNTT phải hết sức cẩn thận trong việc lựa chọn tất cả các yếu tố cơ sở hạ tầng (máy chủ, mạng, v.v.) được sử dụng để loại bỏ mọi tắc nghẽn về hiệu suất do thiết bị CNTT hiện có.

Trong tương lai, NVMe-oF™ sẽ tiếp tục phát triển và trở thành một công nghệ không thể thiếu trong ngành công nghệ thông tin. Với khả năng đáp ứng nhu cầu lưu trữ và xử lý dữ liệu của các doanh nghiệp hiện nay, NVMe-oF™ hứa hẹn sẽ mang đến những tiến bộ đột phá và cơ hội phát triển mới cho ngành công nghiệp lưu trữ dữ liệu.

---