{"id":21157,"date":"2021-11-17T15:40:43","date_gmt":"2021-11-17T14:40:43","guid":{"rendered":"https:\/\/www.thomas-krenn.com\/de\/tkmag\/?p=21157"},"modified":"2021-11-17T15:54:31","modified_gmt":"2021-11-17T14:54:31","slug":"wie-nvme-flashspeicher-schreib-und-lesevorgaenge-beschleunigen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.thomas-krenn.com\/de\/tkmag\/expertentipps\/backup-storage\/wie-nvme-flashspeicher-schreib-und-lesevorgaenge-beschleunigen\/","title":{"rendered":"Wie NVMe-Flashspeicher Schreib- und Lesevorg\u00e4nge beschleunigen"},"content":{"rendered":"\n

Das Protokoll Non Volatile Memory Express (NVMe) kann den Datendurchsatz bei Solid State Drives auf 3,4 GB\/s und deutlich dar\u00fcber beschleunigen. Davon profitieren zum Beispiel Video-Workstations, Flash-Speicher in virtuellen Umgebungen sowie All-Flash-Speicher f\u00fcr Datenbankanwendungen.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Warum NVMe schneller ist als jede andere Speichertechnik<\/h2>\n\n\n\n

Das Protokoll NVMe ist speziell zur Ansteuerung von Solid State Drives (SSD) entwickelt worden, um die Leistungsf\u00e4higkeit dieses digitalen Speichermediums voll auszusch\u00f6pfen. PCIe dient dabei als Hardware-Schnittstelle. So lassen sich die Daten parallel \u00fcber alle Kan\u00e4le (Lanes) der PCIe-Schnittstelle \u00fcbertragen. Im Gegensatz zu SATA oder SAS, die f\u00fcr klassische Festplatten entwickelt wurden, m\u00fcssen die Daten hier nicht chronologisch aufgerufen werden \u2013 NVMe kann die Daten parallel und direkt an jedem Ort des Speichers ansprechen. Zudem arbeitet das Protokoll mit einem kleinen Befehlssatz und Overhead. So erzielt NVMe bei einer PCIe-3.0-Schnittstelle mit vier Kan\u00e4len (NVMe PCIe 3.0 4x) einen Datendurchsatz bis 3,4 Gigabyte\/s (Lesen), bei 16 Lanes etwa das Vierfache. SATA-III-Schnittstellen erreichen dagegen maximal 560 Megabyte\/s. NVMe erm\u00f6glicht \u2013 je nach SSD-Modell \u2013 bis zu einer Million IOPs (Input\/Output-Operationen) beim Lesen und Schreiben. Das schafft keine andere Speichertechnologie. Voraussetzungen daf\u00fcr sind eine PCIe-Schnittstelle, die NVMe unterst\u00fctzt, sowie eine Infrastruktur, die mit dem hohen Datendurchsatz umgehen kann.<\/p>\n\n\n\n

Welche Anwendungen besonders profitieren<\/h2>\n\n\n\n

Mit seinen konkurrenzlos schnellen Lesezyklen eignet sich NVMe vor allem f\u00fcr Anwendungen, bei denen gro\u00dfe Datenmengen schnell zu durchforsten sind. Die Technik ist deshalb pr\u00e4destiniert f\u00fcr Datenbanken, KI-gest\u00fctzte Analyse-Tools oder Machine Learning. Die schnellen Speicherplatten eignen sich im Umfeld von Rechenzentren f\u00fcr Caches oder Flash-Speicher in Software-Defined-Storage-Umgebungen und hyperkonvergente Infrastrukturen wie Azure Stack HCI<\/strong><\/a> oder Proxmox Ceph HCI<\/a><\/strong>. Bei vielen Datenbankanwendungen kann es sinnvoll sein, NVMe-SSDs als Standardspeicher (All-Flash) einzusetzen. Da die User hier meistens keine gro\u00dfen Datenmengen verarbeiten, halten sich die Mehrkosten in Grenzen.<\/p>\n\n\n\n

Wieso Sie Video-Workstations mit NVMe-SSDs ausstatten sollten<\/h2>\n\n\n\n

Zudem kommen NVMe-SSDs als schneller Arbeitsspeicher f\u00fcr Video-Workstations<\/a><\/strong> infrage. Sie beschleunigen die Videobearbeitung sowie das Arbeiten mit CAD- und Simulations-Software erheblich. Bei der Auswahl der NVMe-SSD ist darauf zu achten, dass Speicherkapazit\u00e4t und Schreibbest\u00e4ndigkeit (Endurance) zur t\u00e4glich anfallenden Datenmenge passen. Die Endurance gilt als wichtiges Auswahlkriterium f\u00fcr SSDs und wird in Drive Writes per Day (DWPD) angegeben. Manche Baureihen erzielen nur 0,3 Drive Writes per Day. Damit k\u00f6nnen User dann pro Tag nur knapp ein Drittel der angegebenen maximalen Speicherkapazit\u00e4t nutzen, bei 500 Gigabyte w\u00e4ren das beispielsweise lediglich rund 150 Gigabyte. Aktuelle M.2-NVMe-SSDs erzielen meist eine Schreibbest\u00e4ndigkeit von 1 DWPD oder mehr.  <\/p>\n\n\n\n

Wann welche NVMe-Variante sinnvoll ist<\/h2>\n\n\n\n

NVMe-SSDs gibt es in verschiedenen Gr\u00f6\u00dfen. Bei Client-Systemen sind die kleinen Speicherkarten mit \u200bM.2-Schnittstelle verbreitet, die am M.2-Port an der Hauptplatine andocken. \u00c4hnliches gilt f\u00fcr Server, wobei die Karte dann als Boot Device f\u00fcr das Betriebssystem dient.<\/p>\n\n\n\n

Dar\u00fcber hinaus bietet sich f\u00fcr Server und Storage-Appliances die 2,5-Zoll-Schnittstelle U.2 an. Sie kann \u200bNVMe-, SAS- und SATA-\u00adSSDs aufnehmen und ist hotplugf\u00e4hig. 2,5-Zoll-SSDs weisen zudem h\u00f6here Speicherkapazit\u00e4ten als M.2-Karten auf. F\u00fcr NVMe ist hier die PCIe-Version 3.0 mit vier Lanes am weitesten verbreitet, m\u00f6glich sind bis zu 16 Lanes. Samsung hat bereits U.2-Platten f\u00fcr PCIe 4.0 4x im Programm, die mit 6,8 Gigabyte\/s die doppelte Datenrate liefern.<\/p>\n\n\n\n

Die Zukunft bringt f\u00fcr Rechenzentren au\u00dferdem linealf\u00f6rmige SSDs f\u00fcr Speicherl\u00f6sungen mit hoher Speicherdichte. Die SNIA (Storage Networking Industry Association) hat dieses Format als EDSFF (Enterprise & Data\u00adcenter SSD Form Factor) standardisiert.<\/p>\n\n\n\n

Wie sich mit NVMe schnelle Speichernetze aufbauen lassen<\/h2>\n\n\n\n

Damit sich mit NVMe auch Speichernetze und -Pools verwalten lassen, hat das NVM-Express-Industriekonsortium drei NVMe-over-Fabrics-Varianten (NVMe-oF) spezifiziert. Dabei dient eine zus\u00e4tzliche Zwischenebene des Protokolls zur Netzwerkverteilung. Diese Varianten erzielen in der Regel h\u00f6here Datenraten und geringere Latenzen als ISCSI- oder FC-Storage-Netze und eignen sich f\u00fcr Distanzen bis wenige Hundert Meter.<\/p>\n\n\n\n

NVMe-oF unterst\u00fctzt drei Fabric-Typen:<\/p>\n\n\n\n