NVMe™, 30 yıllık SCSI ve SAS arabiriminin yerini almayı hedefleyen bir teknoloji. Yapılan testlerden sonra ortaya çıkan değerler sonrasında açıkçası artık bu işin geri dönüşü yok. Storage Admin’lerinin bildiği terimlerin bir çoğu değişecek.

NVMe™ neden ortaya çıktı?

SAS ve SATA teknolojileri hem ağır komut setlerine hem de düşük mesaj kuyruklarına sahip olduğundan gelen komutlar aynı anda işlenemediği için gecikme oluşuyordu.

SATA’da her mesaj kuyruğunda 32 komut seti, SAS’da her mesaj kuyruğunda 256 komut seti işlenebilirken NVMe™’de bu rakam 65.535.

Dolayısıyla flash tabanlı depolama birimleri gayet hızlı olmasına rağmen aradaki mesaj komutları maksimum 256 adet işlenebildiği için sistemdeki darboğaz burada oluşuyordu.Bu yüzden SSD diskler daha hızlı çalışabilmesi mümkün olduğu halde SCSI/SAS teknolojisi yüzünden yavaş çalışıyordu.

Diğer yandan NVMe™ komut seti çok daha hafif bir koda sahip olduğu için SCSI komut setine nazaran %50 daha az CPU tüketiyor ve düşük gecikmeye de sahip.

Bunu şuna benzetebiliriz; fabrikamızda çıkan ürünleri ayıran robotlar var ve bu robotun 256 adet kolu var. Dolayısıyla 1 dakika içinde 256 adet ürünü ayırıp ilgili yerlere yerleştirebiliyor. Bunu yaparken de makinanın işlem gücünün %100‘ünü kullanıyor.

Bu robot kolunun 65.535’e çıkarıldığını ve tükettiği gücün de %50 azaldığını düşünün.

NVMe™ depolama birimini evimizdeki PC’ye veya ofisimizdeki sunucuya da taksak performans iyileştirme mantığı buradan geliyor.

NVMe™ over Fabrics nedir?

NVMe™ bir PC üstündeki memory ile depolama alanını birbiriyle hızlı görüştürmek için yeterli bir teknoloji. Fakat iş birden fazla sunucuyu birbirlerinin memory’sine hızlı ulaştırmaya geldiğinde o zaman araya bir arabirim sokmak zorundayız. Bunun adına da NVMe™ over Fabrics deniyor. Fabrics birden fazla arabirimi içine almış bir şemsiye konumunda. Bu arabirimler ise;

Fibre Channel, InfiniBand, RoCE, iWarp, TCP(geliştiriliyor)

Bu arabirimlerin tamamı NVMe desteğine sahip veya ileride sadece bir firmware güncellemesi ile sahip olacak.

Bir sunucu üzerindeki veriyi storage’lere hızlı iletmek ve veriyi storage’den memory’ye hızlı almak istiyorsak kullanılan arabirim NVMe™ over Fibre Channel.

Fakat amacımız veri analitiği veya yüksek performans gerektiren işlemler (süper bilgisayarlar), dolayısıyla tüm sunucular üzerindeki memory’lerin diğer sunucular tarafından işlenebilmesini istiyorsak RDMA tabanlı diğer alt arabirimlere ihtiyaç duyuluyor. (RoCE, iWarp, InfiniBand)

Ethernet platformundaki hızlar (RoCE, iWarp) artmasına rağmen Fibre Channel üzerindeki kayıpsız, tahmin edilebilen ve tutarlı veri aktarımı nedeniyle iş kritik (mission-critical) uygulamaların Fibre Channel üzerinde kalacağına kesin gözle bakılıyor. O yüzden NVMe™ over Fabrics teknolojisini bu arabirimler üzerinden birbirlerinin önünü kesecek bir teknoloji gibi düşünmemek lazım. Her arabirimin kullanım amacı ve isteklere cevap verdiği alan farklı.

SAN Fibre Channel switchlerde aynı ASIC chip ile FICON, FCP(SCSI) ve NVMe™ veri transferi yapılabiliyor, ekstra bir donanım ihtiyacına gerek yok. Eğer şuanda sisteminizde bulunan fibre host bus adapter GEN6, SAN Switch GEN6 ve depolama ünitesi NVMe™ over Fabrics destekliyor ise veri trafiği arabirimi olarak sistem otomatik olarak fibre yerine NVMe™’i seçiyor.

Performans karşılaştırması olarak bakıldığında ise 12Gbit SAS arabirimli SSD’lere kıyasla;

100% rastgele okuma, NVMe 3x daha fazla IOPS,
70% rastgele okuma, NVMe 2x daha fazla IOPS,
100% rastgele yazma, NVMe 1.5x fazla IOPS,
100% okuma: NVMe 2x daha hızlı,
100% yazma: NVMe 2.5x daha hızlı.

Bu arabirimin en güzel faydası da Host üzerindeki CPU yükünü azaltması.

Altta IBM’in bu konuda yaptığı bir demo mevcut.
Linux bir sunucuda ilk önce SCSI arabirimi ile IO testi yapılıyor ve test sırasında CPU kullanımı ölçülüyor. 65.000 IOPS ve %26 CPU kullanımı

Aynı sunucular üzerinde ve aynı donanımla NVMe arabirimi seçildiğinde ise 65.000 IOPS’un CPU kullanımı %12!

NVMe sayesinde storage’dan alacağımız performans arttığı gibi hostların CPU kullanımlarında da %50’ye varan düşüşler olacak.

Üstteki resimde de depolama tiplerinin gecikmeleri yer alıyor. NVMe SCM SSD’ler NAND ve SAS arabirimli SSD’lere nazaran çok daha az gecikmeye sahip.

Üstteki tabloda gözüktüğü gibi yeni teknolojinin gündeme gelmesiyle tabiki bazı isimler de değişecek.

Çoğu storage üreticisinin NVMe™ over Fabrics destekleyen storage’ları yolda, hatta bazılarının satışta bile. Hız gereksinimi olduğunda açıkçası ilerleyen süreçte SCSI arabirimi kullanılmayacak. Ama iş kapasiteye geldiğinde maliyet faktörü göz önüne alındığında SCSI tabanlı en son çıkan 12 TB diskler kullanılmaya devam edecektir.