Qu’est-ce que le disque dur NVME ?

nvme est un disque SSD ; il s'agit d'une spécification pour les disques SSD utilisant des canaux PCI-E. L'objectif de la spécification NVME est d'exploiter pleinement la faible latence et le parallélisme du canal PCI-E, ainsi que le parallélisme des processeurs, plates-formes et applications contemporains, pour améliorer considérablement les performances de lecture et d'écriture des disques SSD. à des coûts de stockage contrôlables. Réduisez la latence élevée causée par l'interface AHCI et libérez complètement les performances ultimes des disques SSD à l'ère SATA.

L'environnement d'exploitation de ce tutoriel : système Windows 7, ordinateur Dell G3.

NVMe est en fait une norme d'interface de périphérique logique comme AHCI. NVMe est une spécification pour les disques SSD qui utilisent des canaux PCI-E. Au début de la conception, NVMe a pleinement profité de la faible latence et du parallélisme du PCI-E. . Son avantage le plus évident par rapport aux disques SSD traditionnels utilisant des canaux SATA réside dans ses vitesses de lecture et d'écriture ultra élevées.

NVMe est l'abréviation de Non-Volatile Memory express (Non-Volatile Memory Host Controller Interface Spécification). Il s'agit d'un protocole qui permet aux disques SSD de fonctionner plus rapidement et qui est désormais de plus en plus populaire parmi les utilisateurs d'entreprise. il devient populaire.

La façon la plus simple de comprendre ce qu'est le NVMe est d'utiliser une analogie : supposons que vous veniez d'acheter une voiture de sport pouvant atteindre une vitesse de 400 kilomètres par heure, soit 3 à 4 fois celle de votre ancienne voiture précédente. Le seul problème est que les routes ordinaires ne sont pas autorisées à circuler à une telle vitesse, et que la limite de vitesse sur les routes urbaines ordinaires est de plusieurs dizaines de kilomètres par heure, et les problèmes de fluidité du trafic doivent souvent être pris en compte. Si vous voulez que votre voiture de sport aille plus vite, vous devez la conduire d’une autre manière.

Ce scénario ressemble un peu à la situation dans l'industrie du stockage après que les fabricants ont lancé des SSD basés sur la technologie de mémoire flash. La technologie Flash est plusieurs fois plus rapide que les disques durs mécaniques traditionnels (la rapidité dépend de l'appareil que vous utilisez), mais les premiers appareils utilisaient tous les mêmes connexions SATA ou SAS que les disques durs pour se connecter aux systèmes et aux réseaux. Bien que ces interfaces soient adéquates pour les performances qu'un disque dur (HDD) peut fournir, elles créent des goulots d'étranglement pour les SSD. Cela constitue particulièrement un problème pour l’analyse du Big Data d’entreprise et d’autres charges de travail gourmandes en données.

Ces problèmes de performances ont incité les gens à rechercher de meilleures façons de connecter les SSD aux serveurs, et c'est là qu'intervient NVMe.

1. Qu'est-ce que NVMe ?

La norme de protocole NVMe est supervisée par NVM Express, un consortium de plus de 100 organisations qui s'engagent à développer des protocoles plus rapides pour améliorer les performances non volatiles du stockage. L'organisation est dirigée par un conseil d'administration de 13 sociétés, dont Cavium, Cisco, Dell EMC, Facebook, Intel, Micron, Microsemi, Microsoft, NetApp, Samsung, Seagate, Toshiba Memory et Western Digital.

La vitesse théorique la plus élevée que le disque dur peut atteindre, comparée à la vitesse théorique la plus élevée fournie par SATA et NVMe

La définition officielle de NVMe le décrit comme « un ensemble ouvert de normes et d'informations pour libérer pleinement le stockage non volatile. NVMe est conçu dès le départ pour fournir un accès au stockage à large bande passante et à faible latence pour les technologies NVM actuelles et futures. Une spécification d'interface qui connecte le stockage aux serveurs, en termes simples, permettant aux SSD de communiquer plus rapidement avec les systèmes hôtes. Cela permet d'atténuer les goulots d'étranglement qui se produisent lorsque la mémoire flash est connectée au système via SAS ou SATA, initialement conçus pour les disques durs.

2. NVMe est beaucoup plus rapide que SATA ou SAS

Les contrôleurs NVMe améliorent les performances de plusieurs manières différentes. La première consiste à utiliser le bus PCIe, qui connecte le stockage directement au processeur du système. Cette connexion directe élimine certaines des étapes nécessaires pour SATA et améliore les performances globales.

De plus, le SSD NVMe atteint dans une large mesure le parallélisme, améliorant considérablement le débit. Lorsque les données sont transférées du stockage vers l'hôte du serveur, elles entrent dans une ligne ou une file d'attente. Les connexions SATA traditionnelles ne peuvent prendre en charge qu'une seule file d'attente et ne peuvent recevoir que 32 éléments de données à la fois. Pour revenir à l'analogie avec les voitures, c'est comme n'avoir qu'une seule voie de circulation pour 32 voitures.

Et le stockage NVMe prend en charge jusqu'à 64 000 files d'attente, chaque file d'attente comporte 64 000 entrées. En d'autres termes, c'est comme passer d'une rue à sens unique à une route à 64 000 voies, chacune pouvant accueillir 64 000 voitures, ce qui a un impact énorme sur les performances globales.

Tout comme notre analogie disait que les routes urbaines ont généralement une limite de vitesse de plusieurs dizaines de kilomètres par heure, les connexions SATA et SAS ont également des limites de vitesse. Pour SATA, la vitesse de transfert maximale théorique est de 6,0 Gbit/s (en pratique, la vitesse de transfert maximale est bien inférieure). Cela équivaut à fixer une limite supérieure à la vitesse de fonctionnement du SSD SATA. Au-delà d'une certaine limite, l'utilisation d'une mémoire flash plus rapide n'a aucun impact sur les performances globales du système car la connexion SATA va créer un goulot d'étranglement.

Pour la plupart des consommateurs, le SSD SATA offre suffisamment de performances pour accomplir les tâches quotidiennes. Et comme les SSD SATA sont moins chers que les SSD NVMe, la plupart des stockages SSD grand public utilisent toujours l'interface SATA.

Cependant, les entreprises gèrent généralement beaucoup plus de données que les consommateurs, et pour elles, la latence introduite par une connexion SATA peut devenir un problème.

La série Intel 750 est l'un des produits de disques SSD qui prennent en charge la technologie NVMe

3. Seuls les SSD fonctionnent sur NVMe

Parce que les disques NVMe sont beaucoup plus rapides que SATA, il semble donc qu'il soit possible d'utiliser NVMe et le disque dur ensemble. comme une bonne idée. Mais gardez à l’esprit que NVMe signifie Non-Volatile Storage Interface Spécification et qu’il est spécifiquement conçu pour le stockage non volatil comme le flash NAND (bien qu’il puisse également être utilisé avec des mémoires non volatiles plus récentes comme 3D XPoint).

Lorsque le système lit les données du disque dur, il ne peut lire qu'une seule donnée à la fois. Parce qu'il doit pivoter pour atteindre l'emplacement physique correct du premier bloc, puis pivoter à nouveau pour se déplacer vers l'emplacement correct du deuxième bloc, et ainsi de suite. En revanche, la mémoire flash et les autres technologies de stockage non volatiles ne comportent aucune pièce mobile. Cela signifie que le système peut lire simultanément des données provenant de nombreux emplacements différents. C'est pourquoi les SSD peuvent profiter du parallélisme fourni par NVMe, mais pas les disques durs.

4. PCIe et NVMe sont liés, mais ce n'est pas la même chose

Pour beaucoup de gens, la partie la plus déroutante de NVMe est sa relation avec PCIe. Certains fournisseurs utilisent le label NVMe pour désigner leurs SSD, d'autres utilisent le label PCIe et d'autres encore semblent utiliser les termes de manière interchangeable.

Bien que PCIe et NVMe soient étroitement liés, les deux termes font référence à des technologies légèrement différentes. Considérez PCIe comme la partie physique du système. Lorsque vous branchez un SSD NVMe sur un serveur, vous devez le connecter via un emplacement PCIe.

En revanche, NVMe est un protocole, un ensemble de normes logicielles et matérielles qui permettent aux SSD d'utiliser le bus PCIe. Il suffit de dire que NVMe est le langage qui permet aux périphériques de stockage de se connecter aux serveurs, tandis que PCIe est la véritable connexion physique.

5. NVMe-oF connecte le SSD au réseau

Cet article se concentre principalement sur le NVMe standard, qui connecte le SSD directement au serveur, mais l'organisation NVM Express a également publié la spécification de NVMe over Fabric (NVMe-oF), qui Le stockage non volatile pour le stockage en bloc est connecté au réseau. Selon l'organisation, "NVMe-oF définit une architecture commune qui prend en charge une gamme de structures de réseau de stockage pour le protocole de stockage par blocs NVMe au-dessus de la structure du réseau de stockage." Cela inclut l'activation d'interfaces frontales dans les systèmes de stockage, étendant ainsi un grand nombre. des appareils NVMe et étendre la portée des appareils NVMe et des sous-systèmes NVMe au sein du centre de données.

La spécification NVMe-oF est identique à environ 90 % à la spécification NVMe, cependant, elle utilise un mécanisme de mappage de transport différent ; NVME-oF est également disponible en deux variantes différentes : une pour RDMA et une pour Fibre Channel.

La spécification NVMe-oF est également beaucoup plus récente que la spécification NVMe. Bien que certains fabricants aient annoncé la prise en charge de cette technologie, peu de fabricants vendent réellement des produits NVMe. Attendez-vous à ce que cette technologie devienne plus courante dans les années à venir.

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