NVMe ist eine skalierbare Host-Controller-Schnittstelle, die für Unternehmens- und Client-SSDs über PCIe entwickelt wurde. Die NVMe-Arbeitsgruppe wurde im März 2014 in eine Organisation für Industriestandards umgewandelt. Da es sich um eine viel fortschrittlichere Schnittstelle handelt, verwendet sie nur eine einzige Nachricht für 4 KB-Übertragungen anstelle von zwei und kann im Vergleich zu früheren AHCI- und SATA-Schnittstellen mehrere Warteschlangen bis zu 65.536 verarbeiten, anstatt einer einzigen Warteschlange. Dies verbessert die Serververarbeitung bei vielen gleichzeitigen Festplatten-E/A-Anforderungen.
NVMe-SSDs, die in erster Linie auf PCIe-Backhaul basieren, werden auf dem Markt immer wichtiger. Wie beim PCIe-Backhaul konnte NVMe eine Lesebandbreite von fast 3 GB/s und ~500K IOPs erreichen, im Gegensatz zu SATA- und SAS-basierten SSDs, bei denen der Datendurchsatz bei 600 MBs und die maximal erreichbaren IOPs bei ~100K lagen. Die Samsung 1,6 TB MZ-WEIT10 war die erste SSD, die letzten Sommer mit NVMe auf den Markt kam. Sie wurde mit den PowerEdge R920-Servern von Dell ausgeliefert. Das erste NVMe-Laufwerk für Verbraucher wurde jedoch im April dieses Jahres von Intel unter der Bezeichnung Intel 750 auf den Markt gebracht.
Laut dem IDC-Bericht vom Juni 2014 wird PCIe bis 2018 die führende Schnittstelle für SSDs in Rechenzentren sein.
Abbildung 1: Prognose der SSD-Lieferungen für Unternehmen nach Schnittstelle (Quelle: IDC)
Auch für den Markt für Client-SSDs hat Forward Insights prognostiziert, dass PCIe bis 2018 einen Marktanteil von 75 % haben wird, wobei die PCIe-Leistung und der M.2-Formfaktor am meisten zu diesem Wachstum beitragen werden.
Abbildung 2: Prognose für den Absatz von Client-SSDs nach Schnittstellen (Quelle: Forward Insights)
Hier habe ich versucht, fünf wichtige Faktoren hervorzuheben, die das Wachstum der NVMe-Annahme auf dem Flash-SSD-Markt vorantreiben.
Faktor 1: Skalierbare Leistungsauswahl
NVMe nutzt die Skalierbarkeit von PCIe, was OEMs die Flexibilität gibt, den richtigen Leistungspunkt für einzelne Laufwerke zu wählen. OEMs können somit Laufwerke entsprechend den Leistungsanforderungen entwickeln und herstellen und somit Preisvorteile an die Kunden weitergeben.
Abbildung 3: Leistungsvergleich zwischen verschiedenen Flash-Schnittstellen (Quelle: www.pcisig.com, www.t10.org, www.sata-io.org)
Faktor 2: Höhere Effizienz
NVMe lässt SAS- und SATA-Produkte bei der IOPS-Effizienz sowohl bei zufälligen als auch bei sequentiellen Arbeitslasten hinter sich. Da IOPS eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Laufwerkseffizienz spielt, ist dies einer der Hauptfaktoren für die Einführung von NVMe.
Abbildung 4: Vergleich der Random Workload (Quelle: Intel (PCIe/NVMe @ QD 128; SAS/SATA @ QD32)
Abbildung 5: Sequentieller Workload-Vergleich (Quelle: Intel (PCIe/NVMe 128K @ QD 128; SATA 128K @ QD32; SAS 64K @QD32)
Faktor 3: Große Anwendungsbasis
NVMe wird sowohl in Client-Geräten (Verbrauchergeräte) als auch in SSD-Speichereinheiten in Rechenzentren eingesetzt, da es die Systemleistung erhöht und gleichzeitig den Formfaktor reduziert und Kapazitätsbeschränkungen überwindet.
NVMe hat es ermöglicht, dass SSDs Hot-Plugging-fähig werden, was einen 24×7-Betrieb von Rechenzentren gewährleistet, selbst wenn einige SSDs zum Austausch oder zur Wartung entfernt werden.
Faktor 4: Großes Ökosystem von OS-Treibern
Native NVMe-Betriebssystemtreiber sind sofort verfügbar, was es OEMs erleichtert, die Markteinführungszeit zu verkürzen und die Systemleistung mit verschiedenen Betriebssystemen zu bewerten und das beste für ihre Anwendungen auszuwählen.
Einige der wichtigsten Betriebssysteme mit verfügbaren Treibern sind im Folgenden aufgeführt
- Windows: Verfügbar für Windows* 8.1 und Windows* Server 2012
- Linux: Verfügbar mit Linux*-Kernel 3.12
- Unix: Verfügbar mit FreeBSD
- VMware: Verfügbar als vmklinux auf SourceForge
- UEFI: Verfügbar auf SourceForge
Faktor 5: Starker Fokus auf Konformität und Interoperabilität
Die Interoperabilität ist ein weiterer wichtiger Faktor für die wachsende Akzeptanz von NVMe-SSDs, da sie es den OEMs ermöglicht, die Geräteleistung und das ordnungsgemäße Funktionieren in Multivendor-/Multi-Interface-Umgebungen sicherzustellen. NVM.ORG und die University of New Hampshire (UNH) haben einen Entwurf detaillierter Spezifikationen für NVMe- und Interoperabilitätstestanforderungen vorgelegt, die im Zuge kontinuierlicher Forschung aktualisiert/überarbeitet werden.
Wir bei eInfochips haben die Trends auf dem NVMe-SSD-Markt vorausgesehen und Verifikations- und Validierungstestsuiten für NVMe-basierte Produktdesigns entwickelt. Diese Testsuiten erfüllen sowohl die Testanforderungen auf System- als auch auf Siliziumebene und ermöglichen so sowohl SSD-OEMs als auch Anbietern von NVMe-Controller-Silizium, die Vorteile durch eine Verkürzung der Markteinführungszeit zu nutzen.
Weitere Einzelheiten zu diesem Thema finden Sie im zweiten Teil des Blogs.
