Три лика NVMe: AiC, M.2, U.2

Совокупный среднегодовой рост рынка NVMe составляет 95%. Свой вклад вносят все: одним нужны быстрые SSD для игр, другие перестраивают основы хранения данных.

Источник StorageNewsletter.com

Протокол NVMe был разработан для ускорения обслуживания запросов ввода-вывода в системах хранения на флэш-памяти. Основная задача — снизить задержки программного стека хоста, сократить разрыв в скорости отклика между постоянной и оперативной (энергозависимой) памятью. В протокол заложена высокая степень параллелизма, в системах хранения это сулит пользу от процессорной многоядерности, так активно обсуждаемой. NVMe поддерживает 64K команд на очередь и до 64К очередей. Появился невиданный ранее простор создания систем с заданным качеством сервиса — требуемым уровнем задержек при меняющейся глубине очереди запросов. Суммарное число обслуживаемых хостов и потоков с ожидаемым откликом тут может быть намного выше, чем в системах хранения с любыми другими протоколами.

Две очевидные области применения NVMe — первичное хранение (primary storage) и кэш гибридных систем. Хорошо разгоняют рынок передовые домашние пользователи.

NVMe SSD напрямую подключаются в шину PCIe. Есть три форм-фактора их исполнения: карты в слоте PCIe (add-in card, AiC), M.2 или U.2. Как правило, M.2 — индикатор принадлежности SSD к бытовому, а U.2 — к промышленному сегменту. В любом случае, выбирают накопители по сути, не по форме: каких ресурсов и функциональности требуют приложения — такие и надо ставить.

AiC

Если в сервере достаточно места и слотов расширения х4 PCIe 3.0, есть программная поддержка NVMe AiC со стороны BIOS/UEFI, ОС, гипервизоров и драйверов — его можно заполнить картами хоть весь. Как правило, они идут в типоразмере HHHL (half-height half length), под cтандартные серверы 2U.

Основной спрос приходится на линейки промышленных NVMe SSD Intel P3600-P3700, HGST Ultrastar SN100-SN200-SN260, Toshiba PX04P. Потребительские AiC NVMe — как интеловская серия 750 — тоже продаются, но сдают свои позиции M.2.

M.2

Самый миниатюрный форм-фактор, монтируемая внутри компьютера плата с флэш-памятью, шириной 22 мм и длиной от 30 до 110 мм. M.2 популярнее других обличий NVMe благодаря массовому рынку клиентских ПК, рабочих станций и мини-серверов (например, на базе Intel NUC). По спецификации M.2 на разъем выводятся четыре линии PCIe 3.0, порты SATA 3.0 и USB 3.0. Cами SSD бывают M.2 SATA и M.2 NVMe: формат один, производительность разная.

Обычно M.2 NVMe ставят под ОС. Иногда применяют как локальный кэш чтения/записи. На некоторых платах для серверов и рабочих станций встречаются парные разъемы — под загрузочные диски, в программном зеркале. Для хранения данных ответственных приложений M.2 NVMe лучше не использовать, особенно, если накопители одиночные. На недорогой памяти, без защиты по питанию, с малым резервом служебных ячеек и без прочих обязательных атрибутов промышленных SSD — им место в персональных приложениях.

Кумир пользователей M.2 NVMe — Samsung 960 Pro/Evo.

U.2

Раньше этот стандарт назывался SFF-8639. Накопители U.2 сделаны в форм-факторе 2.5″ (SFF) и становятся в типовые дисковые корзины. Разъем подключения SFF-8639 совместим со стандартным для SAS SFF-8482. Под U.2 на бэкплейн корзины заводятся дополнительные сигналы с шины PCIe, например, через плату-ретаймер.

Фронтальный доступ к большому количеству дисков (до 24 в 2U) и горячая замена делают U.2 фаворитом серверов и систем хранения. Кроме систем первичного хранения на массиве накопителей NVMe, есть применения U.2 попроще — дисковые корзины позволяют комбинировать в одном сервере смеси: NVMe/SAS/SATA/SSD/HDD. Серверы с гибридной дисковой подсистемой популярны в качестве узлов распределенных систем хранения и гиперконвергентных систем — как VMware VSAN и Microsoft Storage Spaces Direct (S2D).

U.2 — область господства и больших перспектив промышленных SSD. Основные позиции на рынке занимают Intel (серии P3500-P3600-P3700, а также двухпортовые D3600-D3700), HGST (Ultrastar SN100-SN200), Toshiba (PX04P). Подтягивается SanDisk (Skyhawk, Skyhawk Ultra).

Экосистема U.2

Ее нельзя назвать сложившейся. Разработчики во многом привязаны к референс-дизайну базовых платформ. Пока они не приспособлены под NVMe, нет смысла в массовом продвижении промежуточных решений. Бывшие «короли хранения» Broadcom (LSI) и Microsemi (Adaptec) пытаются вернуть себе рычаги управления на ускользающем от них рынке программно-определяемого всего. У них для этого есть компоненты (коммутаторы PCIe, ROC), опыт использования RAID-технологий и навык работы с многоуровневым хранением на разных типах носителей.

Под распределенные системы, подобные Microsoft S2D, или производительные серверы баз данных под управлением Storage Spaces сегодня достаточно типовых 1U-платформ c опциональными добавками. Например, интеловская R1208WT2GSR штатно рассчитана на установку 8 SFF накопителей SAS/SATA. К ней можно докупить NVMe-адаптеры и отдать часть посадочных мест под U.2: A1U2PXR3HDAIC на два диска или A1U44X25NVMEDK — на четыре. Программное управление смесью дисков разного типа позволяет реализовать разнообразные стратегии хранения.

Ожидаемые во второй половине года платформы Intel Purley и AMD Naples будут оптимизированы под установку большого количества накопителей U.2. Все самое интересное в серверах производительной работы с данными только начинается.