„Tento disk nastavuje nový standard pro aplikace, u kterých je nejdůležitější zajištění kvality služeb a předvídatelnosti výkonu – od vysoce výkonných cloudových služeb přes zachycování a přenos médií až po řadu aplikací pro zpracování velkých objemů dat. Datová centra potřebují disky, které jsou spolehlivé, mají konstrukční provedení podporující snadný servis a jsou vybaveny funkcemi ulehčujícími dodržování smluv o úrovni poskytovaných zákaznických služeb (SLA),“ říká k novince Marcin Gaczor, zástupce společnosti Kingston pro Českou a Slovenskou republiku.

Model DC1500M využívá velmi výkonné rozhraní NVMe PCIe 3.0 ×4 pro zajištění vysoké propustnosti a nízké latence na nových i stávajících platformách datových center, kde umožňuje výrazně zvýšit výkon. „NVMe SSD disky podporují také využití výkonu stávajících serverových CPU – díky nižší latenci a vyšší propustnosti se může zvednout až na 60 procent,“ vysvětluje Gaczor. Aby bylo možné nasadit NVMe SSD, musí mít datové centrum možnost je nějak fyzicky připojit. Pokud dosud používalo systémy se SAS rozhraním, bude většinou zapotřebí přejít na servery s jinou architekturou, nebo použít nějaký adaptér pro připojení NVMe SSD disků k PCIe sběrnici, pokud je to možné. Připojení disků přímo přes PCIe sběrnici namísto přes hardwarové hostitelské řadiče s rozhraním SATA nebo SAS přináší vyšší efektivitu, ale i některé komplikace, například s implementací RAID. Přesto je zřejmé, že právě v přechodu na NVMe SSD je budoucnost datových center. Proč? Našli jsme hned sedm důvodů.

Sedm faktorů, které urychlí přechod na NVMe SSD

Z průzkumu na začátku roku 2021 mezi českými datacentry, který provedla naše redakce ve spolupráci se společností Kingston, jasně vyplynulo, že datová centra při přechodu na SSD zatím spoléhají spíše na SATA rozhraní a provoz SSD s NVMe rozhraním testují nebo plánují až pro novou výstavbu.

Ale přestože je nástup NVMe úrovně enterprise zatím pomalejší, bude během několika příštích letech nevyhnutelný, pokud si poskytovatelé cloudových služeb chtějí udržet svoje postavení na stále více konkurenčním trhu. Je proto třeba se na něj dobře připravit. Následujících sedm bodů rozebírá, co bude letos hlavním podnětem pro zavádění NVMe a s čím by měli provozovatelé datových center počítat.

1. Efektivita bude stále na prvním místě
Díky upgradu na NVMe získají datová centra více dostupných výpočetních zdrojů a rychlejší zpracování, takže budou moci obsloužit větší počet náročnějších klientů při stejném počtu serverů na stejné provozní ploše, což je samo o sobě velkou motivací pro změnu.

2. Přechod na NVMe se zrychlí s větší dostupností komerčních řešení
Každé datové centrum je jiné. Velcí hráči mají více prostředků na vytváření vlastních komponent a nemusí se spoléhat na ty běžně dostupné, aby získali nejlepší nebo nejrychlejší produkty. Čím více výrobců začne uvádět na trh cenově dostupná komerční řešení pro úložiště s NVMe, tím více datových center střední a menší velikosti si bude moci takovou změnu dovolit.

3. Implementace funkcí RAID se mění a počítá s NVMe
Nasazení NVMe SSD teoreticky zbaví úložné zařízení závislosti na hardwarovém řadiči a poskytne mnohem vyšší výkon, než je možné získat se SATA nebo SAS rozhraním. Při realizaci však může nastat problém s architekturou závislou právě na hardwarových řadičích s funkcí RAID, a to zejména pokud jde zajištění redundance dat. Výrobci hardwarových řadičů RAID ale již postupně reagují na nástup NVMe a začínají nabízet HW řešení NVMe RAID pro připojení k existujícím U.2 konektorům v serverech. Větší dostupnost těchto HW produktů přechod usnadní. Kromě hardwarového řešení mají provozovatelé datových center další možnosti, jakou cestou se vydat. Buď softwarovými řešeními hyperkonvergované infrastruktury (HCI) jako jsou vSAN, Ceph, linuxový softwarový RAID či zrcadlení pomocí správy logických disků LVM (Logical Volume Management) anebo zajištěním vysoké dostupnosti dat jejich replikací v rámci aplikací, například pomocí řešení Always-On u SQL Serveru či funkcí zrcadlení u Oracle ASM (Automatic Storage Management).

4. Vývoj směřuje k NVMe-oF
Pro zajištění maximální rychlosti musí být NVMe SSD disky připojeny přímo k PCIe sběrnici uvnitř serveru. V závislosti na vytížení jednotlivých serverů však nemusí být disky v datovém centru jako celek optimálně využívány a nedají se jednoduše sdílet. Tento problém řeší protokol NVMe-oF (NVMe over Fabrics), který umožňuje centralizovaný sdílený přístup k NVMe jednotkám přes specializované sítě, založené na protokolech FC (Fibre Channel), RDMA (Remote Direct Memory Access) nebo TCP (Transmission Control Protocol).
Protokol Fibre Channel (FCP) patří od poloviny 90. let mezi přední přenosovou technologii používanou pro podniková úložiště s SCSI disky. Aby mohli stávající uživatelé FCP provést snadněji upgrade na NVMe, bylo klíčové definovat nový protokol „FC-NVMe“ a umožnit přenášet přes stávající optické kanály příkazy a data jak pro SCSI, tak NVMe disky. RDMA (Remote Direct Memory Access) je další běžný protokol, který již roky existuje na platformách Infiniband, RoCE (RDMA over Converged Ethernet) a iWARP. Začlenění NVMe do RDMA bylo způsobem, jak tyto přenosové technologie dále využívat. Totéž platí pro vývoj metodiky přenosu příkazů NVMe přes dosavadní sítě TCP s cílem snížit náklady na nasazení a zkrátit doba instalace NVMe disků.
Disk připojený k takovým sítím se chová, jako by byl z hlediska klientských serverů lokální. Mezi výhody centralizovaného úložiště s NVMe disky patří jednodušší správa, lepší využití kapacity a snadnější eliminace jednotlivých bodů poruch.
Nástup NVMe-oF klade také vyšší nároky na IT infrastrukturu, protože úzké hrdlo, které bylo na straně SCSI zařízení, se nyní přesouvá na stranu síťových řadičů a rozhraní. Mnoho firem však již provedlo patřičné upgrady a disponují velmi rychlými switchi a síťovými kartami, které podporují sofistikované funkce QoS (Quality of Service) pro vyhrazení požadované šířky pásma a nastavení priorit provozu podle typu přenášených dat.

5. Poptávka softwarově orientovaných zákazníků
Zákazníci cloudových center dnes hledají mnohem více než jen možnosti čtení a ukládání dat. Zaměřují se na to, jak maximalizovat služby s vysokými požadavky na výpočetní výkon, které poskytují svým koncovým uživatelům. Výkonový skok potřebný například pro cloudové překódování videa nebo náročné herní aplikace nabízí právě NVMe. Stávající softwarově definovaná řešení, jako jsou VMware vSAN a Ceph, prošla obrovským vývojem, který umožňuje podporu zařízení NVMe a přenos provozu NVMe mezi uzly clusteru, aby uživatelé dosáhli maximálního využití jejich výpočetní infrastruktury vysoce škálovatelnou a levnější implementací úložiště.

6. Na formátu záleží
Kromě již používaných standardů U.2 nebo M.2 přicházejí někteří výrobci s novými formáty (například EDSFF E1.S/E1.L), jejich nasazení by však tlačilo datová centra do významné obměny hardwaru. Aktuálně nejrozšířenější je port U.2, protože umožňuje připojovat disky s velmi populárním formátem 2,5" a výrobci serverů již nějakou dobu prosazují šasi se sadou U.2 konektorů a zepředu zasunovanými disky. Důležité také je, zda dané konstrukční řešení umožňuje výměnu NVMe SSD disku bez vypínání zařízení (hot-swap). U.2 tuto podmínku splňuje, a proto začíná v datových centrech převládat.
Přesto, že je již k dispozici sběrnice PCIe 4.0, je dosud preferováno připojení přes PCIe 3.0 protože PCIe 4.0 podporuje zatím pouze jediná architektura CPU.

7. Trvalý a předvídatelný výkon zvítězí nad rychlostí
Zatímco drtivá většina výrobců SSD u svých produktů vyzdvihuje co nejvyšší hodnotu IOPS a nejnižší latenci, manažeři datových center dnes hledají spíše stabilní než maximální výkon. V reálném provozu a při plném vytížení bývá výkon disků málokdy konzistentní a jen zřídka dosahuje uváděných špičkových hodnot. Pro provozovatele datových center je proto stále důležitější spolehlivý, konzistentní a předvídatelný provoz, který jim zajistí dobrou návratnost investic a dodržování kvality poskytovaných služeb.