Работаем в штатном режиме

Жизнь после SATA: технология NVMe® прокладывает путь к флеш-памяти будущего

Жизнь после SATA: технология NVMe® прокладывает путь к флеш-памяти будущего 21 Октября 2021

Сегодняшние задачи хранения и вычислений, ориентированные на данные, привели к значительному спросу на более высокую производительность чтения и записи данных, а также на повышенную надежность. Когда стоит задача для конечного пользователя выбрать правильный SSD для своего сервера, одним из основных факторов является интерфейс SSD. Наиболее распространенные типы SSD базируются на SATA (Serial Advanced Technology Attachment), SAS (Serial Attached SCSI) и NVM Express® (Non-Volatile Memory express). SATA быстро сокращается, поскольку его заменяет протокол NVMe®, который был специально разработан для современных и будущих устройств хранения с энергонезависимой памятью. Эта статья посвящена истории SATA, технологии NVMe, а также раскроем тему сравнения производительности SATA и NVMe SSD.

История SATA

Первоначальный ATA (Advanced Technology Attachment) был упрощенным отраслевым стандартом для включения жестких дисков, ориентированным на потребителя. В 2000 году было объявлено, что SATA предоставляет несколько преимуществ по сравнению с этим более ранним интерфейсом, такие как меньшая стоимость и более быстрая передача данных. С появлением твердотельных накопителей на основе флэш-памяти, SATA стал стандартным протоколом и вскоре вытеснил обычные жесткие диски.

Несмотря на некоторые задержки производительности приложений, SATA стал наиболее распространенным и экономичным интерфейсом для твердотельных накопителей. Однако, последняя крупная версия SATA (SATA 3.0) была одобрена аж в 2009 году, и с тех пор не было запланировано никаких серьезных улучшений производительности или будущих изменений. С тех пор, как много лет назад была одобрена SATA 3.0, процессоры и NAND флеш память развивалась семимильными шагами, а интерфейс SATA стал ограниченным.

Ограничения SATA

Архитектура SATA привела к возникновению проблем с ограничениями для многих приложений. При развертывании на сервере команды ввода-вывода твердотельные накопители SATA должны проходить через несколько уровней, что не позволяет полностью использовать преимущества носителей на основе флеш-памяти. Кроме того, поскольку интерфейс SATA является двойным, он использует одну полосу для передачи данных, что делает этот маршрут невероятно узким местом.

Поскольку серверы развиваются с более мощными многоядерными процессорами, у них появляется много оперативной памяти RAM, ожидающей завершения транзакций с данными. Из-за ограниченности SATA это приводит к недоиспользованию вычислительных ресурсов, потере производительности современных процессоров и флэш-памяти в SSD.

Развитие технологии NVMe - SSD-накопители для предприятий и центров обработки данных

Так как индустрия стала свидетелем ограниченности протокола SATA, технологи объединили усилия для разработки того, что мы сегодня знаем как интерфейс NVMe. В то время как протокол SATA изначально был разработан для жестких дисков потребительского уровня, архитектура NVMe была специально разработана для реализации SSD на основе флэш-памяти. Твердотельные накопители NVMe меняют правила игры, поскольку они могут напрямую подключаться к серверным процессорам через интерфейсную шину PCI Express® (PCIe®), минуя адаптеры главной шины (HBA), необходимые для дисков SAS и SATA. Первые продукты NVMe ориентированы на сверхвысокую производительность и корпоративные наборы функций. Они были разработаны для новейших приложений, которые обычно называются корпоративным классом.

Вслед за твердотельными NVMe корпоративного класса, идут твердотельные NVMe для центров обработки данных, оптимизированные для приложений, подключаемых к серверу. Эти SSD подключаются к серверу через интерфейсную шину PCIe, где каждая полоса PCIe является полной двойной и может перемещать данные в двух направлениях. Твердотельные NVMe для центров обработки данных предлагают более экономичную конструкцию по сравнению с корпоративным классом, при этом обеспечивая значительно более высокую производительность, большую емкость и больше возможностей, чем твердотельные накопители SATA. Многие продавцы производят твердотельные накопители NVMe для центров обработки данных, и компания KIOXIA была одной из первых, кто представил твердотельные накопители NVMe для центров обработки данных со своими приводами серии CD и XD.

Сравнение производительности SATA и NVMe SSD

По сравнению с корпоративными SATA, твердотельные накопители NVMe для центров обработки данных лучше оснащены для более быстрой обработки ресурсоемких рабочих нагрузок и более эффективной доставки данных. NVMe SSD для центров обработки данных созданы для обеспечения скорости и качества обслуживания (QoS), что приводит к лучшему использованию сервера и, следовательно, к снижению общей стоимости владения (TCO).

Сравнение производительности между корпоративными SATA и NVMe SSD для центров обработки данных

* Число операций записи на диск в день (источник: KIOXIA)

Используя все преимущества интерфейса PCIe 4.0, NVMe SSD используют 4 полосы (x4), обеспечивают скорость до 64 Гбит/с (63 Гбит/с после кодирования). Это более чем в 10 раз быстрее, чем интерфейс SATA 3.0. В лаборатории KIOXIA тесты производительности (в таблице выше) показали, что NVMe SSD для центров обработки данных обеспечивают в 5,45 раза большую пропускную способность чтения, чем SATA, а также в 3,27 раза больше пропускную способность записи, в 5,88 раза больше операций ввода-вывода в секунду при произвольном чтении и в 1,43 раза больше операций ввода-вывода в секунду при произвольной записи.

Жизнь после SATA

В то время как SATA отлично подходил для внедрения твердых накопителей в центрах обработки данных, PCIe 4.0 NVMe SSD для центров обработки данных обеспечивают значительно более высокую производительность, меньшую задержку и устраняют ограничение между процессором и флеш-хранилищем. Поскольку будущие поколения приложений, ориентированных на производительность, потребуют от организаций переосмысления своих корпоративных стратегий и стратегий центров обработки данных, SATA уйдет в прошлое.

Жизнь после SATA выглядит многообещающей: IDC прогнозирует, что использование NVMe SSD в центрах обработки данных вырастет до 91% к концу 2023 года. Кроме того, отрасль может рассчитывать на будущие инновации, такие как трехрежимные контроллеры HBA/RAID и U.3 универсальные объединительные платы, которые, скорее всего, в дальнейшем позволят NVMe SSD стать ведущим интерфейсом хранения данных будущего.

Данные предоставлены компанией: KIOXIA

Перевод с английского статьи от nvmexpress.org