色控传媒

Os protocolos de armazenamento desenvolvidos para unidades mec?nicas restringem o desempenho do flash há mais de uma década. Embora as SSDs ofere?am hardware compatível com microssegundos, protocolos legados como SATA e SAS adicionam centenas de microssegundos de latência desnecessária por meio de suas arquiteturas de fila única e camadas de tradu??o de protocolo, com base em referências do setor e implanta??es do mundo real.

O NVMe (Non-Volatile Memory Express) é um protocolo de armazenamento desenvolvido especificamente para unidades de estado sólido que se conecta diretamente por meio da interface PCIe, eliminando os gargalos dos protocolos da era dos discos. Em vez de canalizar comandos através de uma única fila, como SATA, o NVMe permite até 64.000 filas com 64.000 comandos cada, mudando fundamentalmente a forma como o armazenamento se comunica com processadores modernos com vários núcleos.

Mas o que a maioria das discuss?es perde é que simplesmente adicionar unidades NVMe n?o é suficiente se seu sistema ainda se traduzir entre protocolos, convertendo NVMe em SCSI e de volta em vários pontos no caminho dos dados.

Este guia examina a arquitetura do NVMe, quantifica suas vantagens de desempenho no mundo real e explica por que a implementa??o completa do NVMe é importante.

Como o NVMe revolucionou a arquitetura de armazenamento

Por duas décadas, os protocolos de armazenamento foram desenvolvidos em torno de limita??es mec?nicas. A SATA e a SAS presumiram que os dispositivos de armazenamento precisavam de tempo para buscar dados fisicamente, criando sobrecarga de comando que fazia sentido quando as placas de disco precisavam girar para a posi??o. Esses protocolos afunilam todos os comandos em uma única fila, adequados para buscas mec?nicas, mas catastróficos para memória flash capaz de respostas de microssegundo.

A incompatibilidade de protocolo se torna clara nos números. O SAS suporta até (de acordo com a especifica??o SAS-3)em sua única fila, enquanto as SSDs corporativas lidam com milhares de opera??es simult?neas. Esses protocolos legados exigem várias camadas de tradu??o: os aplicativos enviam comandos NVMe que s?o traduzidos para SCSI, depois para SATA ou SAS e, potencialmente, de volta para NVMe no nível da unidade. Cada tradu??o adiciona de 50 a 200 microssegundos de latência.

Por que o flash precisava do seu próprio protocolo

O NVMe surgiu em 2011 para eliminar multas por tradu??o. Em vez de adaptar protocolos de disco, o consórcio NVM Express projetou um protocolo que n?o pressup?e componentes mec?nicos. O NVMe , eliminando a sobrecarga de análise enquanto mantém a funcionalidade completa.

O protocolo conecta o armazenamento diretamente às CPUs por meio de pistas PCIe, a mesma interface de alta velocidade usada para placas de vídeo. Isso posiciona o armazenamento como um par para outros componentes de alto desempenho em vez de relegá-lo por trás das camadas de tradu??o. Com PCIe Gen 4 fornecendo de banda, o NVMe permite que o flash opere sem restri??es.

Como o NVMe funciona: Arquitetura e componentes

A arquitetura do NVMe repensa fundamentalmente a comunica??o de armazenamento. Em vez dos adaptadores de barramento de host tradicionais, o armazenamento NVMe aparece para a CPU como I/O mapeada de memória, permitindo acesso direto sem sobrecarga de kernel para opera??es críticas.

Arquitetura de filas e otimiza??o da CPU

Os processadores modernos contêm dezenas de núcleos, mas os protocolos de armazenamento legados os afunilam em uma única fila I/O. O NVMe atribui pares de filas dedicados a cada núcleo de CPU, eliminando a conten??o de bloqueio e permitindo o verdadeiro processamento paralelo.

Quando um aplicativo precisa de dados, ele coloca comandos em filas de envio por meio de grava??es simples de memória, sem necessidade de chamadas do sistema. O controlador NVMe processa comandos de forma independente e coloca os resultados em filas de conclus?o. Esse modelo assíncrono significa que as CPUs praticamente n?o gastam ciclos esperando armazenamento.

Faixas e largura de banda PCIe

Os dispositivos NVMe se conectam por meio de pistas PCIe, com cada pista fornecendo largura de banda bidirecional. Um SSD NVMe típico usa , fornecendo até 8GB/s com PCIe Gen 4. Os arrays corporativos agregam vários dispositivos para uma taxa de transferência ainda maior.

Mas apenas a largura de banda n?o determina o desempenho. Latência, o tempo entre a solicita??o e a resposta, muitas vezes é mais importante para cargas de trabalho transacionais. A conex?o PCIe direta do NVMe elimina várias transi??es de barramento e convers?es de protocolo que prejudicam as implementa??es de SATA.

Benefícios do desempenho NVMe: Números reais, n?o marketing

O marketing do setor de armazenamento geralmente faz afirma??es vagas, como “desafiadoras” ou “ultrarresponsivos”. No entanto, o NVMe oferece vantagens reais.

De acordo com os e, as leituras de flash NAND bruto levam aproximadamente 100 microssegundos. No entanto, as, enquanto as SSDs NVMe atingem de 20 a 100 microssegundos, demonstrando como a sobrecarga do protocolo pode igualar ou exceder o tempo real de acesso à mídia.

IOPS e impacto no mundo real

Um único dispositivo NVMe pode fornecer para leituras aleatórias de 4KB, desempenho que exige dezenas de SSDs SATA. Os bancos de dados Oracle no NVMe de ponta a ponta mostram:

• Mais transa??es por segundo
• Redu??o no tempo de resposta a consultas
• Menos eventos de espera relacionados ao armazenamento

Eficiência energética

A eficiência do NVMe agrava seus benefícios de desempenho. Ao eliminar a sobrecarga do protocolo:

• SSD SATA: ~10.000 IOPS por watt
• SSD NVMe: ~50.000 IOPS por watt

NVMe-oF: Estendendo o NVMe além do Direct Attachment

O NVMe over Fabrics amplia os benefícios do NVMe em datacenters, permitindo armazenamento compartilhado sem sacrificar as vantagens de latência. Mas as op??es de implementa??o afetam drasticamente o desempenho.

NVMe por fibre channel (FC-NVMe)

O FC-NVMe aproveita a infraestrutura SAN existente, tornando-a atrativa para empresas com investimentos em fibre channel. Ela exige switches de 5a gera??o (16 Gb) ou 6a gera??o (32 Gb) que ofere?am suporte ao encaminhamento NVMe. Os switches mais antigos afirmam que o “suporte NVMe” frequentemente executam a tradu??o do protocolo, reintroduzindo a sobrecarga.

NVMe por RoCE

A RoCE garante a menor latência de rede por meio de bypass de kernel: opera??es de RDMA concluídas em . Mas o RoCE exige Ethernet sem perdas com controle de fluxo prioritário em todos os switches e adaptadores. Uma porta mal configurada pode causar um colapso de desempenho. A realidade é que muitas implanta??es de "RoCE" realmente executam iWARP porque o verdadeiro RoCE se mostra muito frágil. Quando implementado corretamente, o RoCE pode fornecer latência de armazenamento de 160 a 180 microssegundos.

NVMe sobre TCP

O NVMe/TCP é executado por Ethernet padr?o sem hardware especial. Os críticos a consideram "lenta", mas as implementa??es modernas podem atingir uma latência de microssegundo de 200 a 250, mais rápida do que as SSDs SATA, apesar de cruzarem as redes.

A principal vantagem: a simplicidade. O NVMe/TCP funciona com switches existentes, NICs padr?o e redes de provedores de nuvem.

Implementa??o do NVMe na produ??o

A simples instala??o de unidades NVMe raramente oferece os benefícios esperados. Toda a pilha de armazenamento deve suportar opera??es NVMe completas.

A armadilha de tradu??o do protocolo

Muitas empresas compram SSDs NVMe para arrays existentes e esperam transforma??o. As unidades se comunicam via NVMe, mas o controlador traduz tudo para SCSI para compatibilidade. Essa tradu??o adiciona microssegundos, negando as vantagens do NVMe.

Requisitos OS e migra??o

O NVMe requer um Operating System moderno para dar suporte. Cada uma exige configura??es específicas: afinidade de interrup??o, módulos de vários caminhos e ajustes de profundidade de fila.

Para uma migra??o bem-sucedida:

1. Comece com cargas de trabalho n?o críticas para valida??o
2. Implemente monitoramento de latência em cada camada
3. Priorize bancos de dados sensíveis à latência primeiro
4. Verifique o NVMe completo com ferramentas como NVMe-cli

NVMe para AI e cargas de trabalho modernas

As GPUs caras muitas vezes ficam ociosas, aguardando dados. O NVMe muda isso por meio do , permitindo que as unidades transfiram dados diretamente para a memória da GPU.

Para treinamento de AI, isso significa:

• Treinamento de época mais rápido
• Escrita mais rápida de pontos de verifica??o
• Maior utiliza??o da GPU ?
• Liberou a CPU para pré-processamento

Os bancos de dados se beneficiam além da velocidade bruta. A latência previsível do NVMe elimina a incerteza do planejamento de consultas. Os otimizadores tomam melhores decis?es sabendo que os dados chegam rapidamente. Aplicativos desenvolvidos para armazenamento lento se comportam de maneira diferente quando o armazenamento se torna previsível.

O NVMe Advantage completo da 色控传媒

Embora o setor discuta estratégias de ado??o, a 色控传媒 implantou NVMe de ponta a ponta em milhares de implanta??es de clientes, gerando telemetria que revela o que realmente funciona. O diferencial é eliminar cada tradu??o de protocolo entre o aplicativo e o flash NAND.

DirectFlash: Elimina??o de despesas gerais ocultas

SSDs NVMe tradicionais contêm controladoras redundantes e superprovisionamento. Os módulos DirectFlash? da 色控传媒? exp?em NAND bruto diretamente à interface NVMe do array, oferecendo:

• Capacidade mais utilizável
• Menor consumo de energia
• Latência previsível sem coleta de lixo
• nivelamento de desgaste global em todo o flash

Arquitetura NVMe completa

O software Purity mantém o NVMe do host ao NAND enquanto oferece suporte a sistemas legados. Para hosts NVMe, ele fornece acesso direto ao namespace. Para hosts legados, ele se traduz uma vez na borda do array, n?o internamente.

O 色控传媒 FlashArray//X (Array Storage//X) garante latência uniforme inferior a 200 microssegundos ao eliminar convers?es de protocolos internos:

• Arrays da 色控传媒: latência média de 150 μs
• Arrays tradicionais de "NVMe" com tradu??o interna: 400 a 600 μs
• A diferen?a: elimina??o da sobrecarga da tradu??o do protocolo

Evolu??o n?o disruptiva

A arquitetura Evergreen da 色控传媒 ?permite a ado??o do NVMe sem atualiza??es forklift. Os controladores fazem upgrade para vers?es compatíveis com NVMe sem migra??o de dados.

O futuro do NVMe

A evolu??o do NVMe vai além da velocidade. A ?apresenta o armazenamento computacional, processando dentro do próprio dispositivo de armazenamento. A filtragem, a compacta??o e a inferência de AI do banco de dados acontecem onde os dados vivem, eliminando a sobrecarga de movimento.

Conclus?o

O NVMe representa a elimina??o de gargalos artificiais que restringem os aplicativos por décadas. Quando implementado de ponta a ponta sem tradu??o de protocolos, o NVMe oferece latência de microssegundo de 150, que transforma tudo, desde transa??es de banco de dados até treinamento de AI.

Os insights essenciais: A tradu??o do protocolo destrói as vantagens do NVMe. O NVMe-oF amplia os benefícios em datacenters, mas a implementa??o é importante. As cargas de trabalho modernas exigem a latência previsível e baixa que apenas o NVMe fornece de ponta a ponta.

Uma implementa??o completa da 色控传媒, validada para milhares de clientes, prova que a latência de microssegundo é uma realidade operacional. Por meio ?dosmódulo?s , as empresas cumprem as promessas NVMe de desempenho. ? medida que o armazenamento evolui para recursos computacionais e velocidades de memória, a ?arquitetura ?Evergreenda 色控传媒garante que os investimentos de hoje ofere?am as inova??es do futuro sem interrup??es.Evergreen