NVMe (Non-Volatile Memory Express) Là Gì ?

NVMe (non-volatile memory express) là một giao diện điều khiển máy chủ và giao thức lưu trữ được tạo ra để tăng tốc độ truyền dữ liệu giữa các hệ thống doanh nghiệp và khách hàng và ổ đĩa định dạng rắn trên bus PCI Express tốc độ cao của máy tính. Trong bài viết này mình sẽ giới thiệu NVMe (non-volatile memory express) là gì và giới thiệu các loại NVMe và khác biệt của nó với SAS và SATA.

NVMe (Non-Volatile Memory Express) thường được sử dụng cho lưu trữ định dạng rắn, bộ nhớ chính, bộ nhớ đệm hoặc bộ nhớ dự phòng. Nó cung cấp một giải pháp thay thế cho tiêu chuẩn Small Computer System Interface (SCSI) và tiêu chuẩn Advanced Technology Attachment (ATA) để kết nối và truyền dữ liệu giữa hệ thống máy chủ và thiết bị lưu trữ đích. NVMe được thiết kế để sử dụng với phương tiện truyền thông nhanh hơn. Các lợi ích chính của ổ SSD PCIe dựa trên NVMe so với các loại lưu trữ khác là độ trễ giảm và số lần thực hiện hoạt động vào/ra trên giây (IOPS) cao hơn.

Khi công nghệ định dạng rắn trở thành phương tiện ưu tiên trên thị trường lưu trữ, nhanh chóng trở nên rõ ràng rằng các giao diện và giao thức hiện có như Serial Advanced Technology Attachment (SATA) và Serial-Attached SCSI (SAS) không còn phù hợp trong môi trường trung tâm dữ liệu.

NVMe (Non-Volatile Memory Express) cũng là yếu tố quan trọng cho các công nghệ và ứng dụng tiến hóa như internet of things, artificial intelligence và machine learning, những công nghệ này đều có thể hưởng lợi từ độ trễ thấp và hiệu suất cao mà lưu trữ được gắn kết bằng NVMe cung cấp.

Làm thế nào NVMe hoạt động?

Tiêu chuẩn NVMe không chỉ định mục đích sử dụng chính của NVMe; tuy nhiên, nó xác định một giao diện đăng ký, bộ lệnh và tập hợp các tính năng cho ổ SSD dựa trên PCIe với mục tiêu đạt hiệu suất cao và khả năng tương thích trên nhiều hệ thống NVM khác nhau.

Giao thức NVMe có thể hỗ trợ bất kỳ loại bộ nhớ không bay hơi nào, chẳng hạn như ổ đĩa SSD sử dụng các loại bộ nhớ không bay hơi khác nhau, bao gồm NAND flash. Các trình điều khiển tham chiếu NVMe có sẵn cho nhiều hệ điều hành, bao gồm Windows và Linux.

Một ổ đĩa NVMe SSD kết nối thông qua một bus PCIe hoặc các kết nối M.2 và U.2. Giao thức NVMe, kết nối với những kết nối này, cho phép giảm độ trễ và tăng tốc độ xử lý đầu vào/đầu ra (IOPS) cùng với giảm năng lượng tiêu thụ.

Các lệnh NVMe ánh xạ đầu vào/đầu ra (I/O) và phản hồi đến bộ nhớ chung trong máy tính chủ qua giao diện PCIe. Giao diện NVMe hỗ trợ I/O song song với bộ xử lý đa nhân để tăng hiệu suất thông qua cao và giải quyết các hạn chế của đơn vị xử lý trung tâm (CPU).

Tại sao NVMe quan trọng?

Được thiết kế cho các phương tiện lưu trữ không bay hơi có hiệu suất cao như ổ đĩa SSD, NVMe rất phù hợp cho các môi trường tính toán có độ phức tạp cao và yêu cầu tính toán mạnh mẽ. Ví dụ, NVMe có thể xử lý khối lượng công việc doanh nghiệp trong khi giảm bớt diện tích cơ sở hạ tầng và tiêu thụ năng lượng.

So với SATA, hiệu suất của NVMe và giao thức SATA khác biệt rất lớn. Ví dụ, NVMe có độ trễ ít hơn rất nhiều so với giao thức SAS và SATA. Sự tăng hiệu suất và giảm độ trễ này đồng nghĩa với việc NVMe có thể được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi tính toán thời gian thực mà không gặp các hạn chế về hiệu suất.

Môi trường doanh nghiệp và trung tâm dữ liệu có thể tận dụng hiệu suất cao được cung cấp bởi lưu trữ dựa trên NVMe.

Các trường hợp sử dụng của NVMe là gì?

Với hiệu suất vượt trội mà NVMe cung cấp cho lưu trữ flash, cùng với khả năng xử lý số lượng lớn hàng đợi và lệnh, NVMe phù hợp cho:

Sử dụng chuyên nghiệp và người dùng chuyên nghiệp, xử lý các công việc như chỉnh sửa đồ họa.
Ứng dụng với độ sâu hàng đợi lớn cho lưu trữ I/O, bao gồm cơ sở dữ liệu và một số hoạt động web.
Tính toán hiệu năng cao. Cụ thể là trong các ứng dụng đòi hỏi thời gian chờ thấp.
Các lĩnh vực yêu cầu lưu trữ lượng lớn dữ liệu, chẳng hạn trong trí tuệ nhân tạo, học máy, phân tích nâng cao và dữ liệu lớn.
Cơ sở dữ liệu quan hệ. Hiệu suất tốt hơn của hệ thống bộ nhớ flash NVMe giảm số lượng máy chủ vật lý cần thiết.
Ứng dụng cần truy xuất hoặc lưu trữ dữ liệu trong thời gian thực, chẳng hạn ứng dụng tài chính và thương mại điện tử.

Lợi ích của NVMe là gì?

Các lợi ích của NVMe (Non-Volatile Memory Express) bao gồm:

• Ổ đĩa NVMe có thể gửi lệnh gấp đôi nhanh hơn so với ổ đĩa AHCI SATA.
• Ổ SSD NVMe có độ trễ chỉ trong vài micro giây, trong khi ổ SSD SATA có độ trễ từ 30 đến 100 micro giây.
• Quản lý và truy xuất dữ liệu hiệu quả.
• Có băng thông cao hơn nhiều so với SATA và SAS.
• Hỗ trợ nhiều dạng kết nối, bao gồm M.2, U.2 và các kết nối khác.
• Dữ liệu có thể được chia nhỏ và tối ưu.
• Hỗ trợ các giao thức đào hầm, giải quyết vấn đề bảo mật.

Nhược điểm của NVMe gồm có:

Thiếu hỗ trợ cho NVMe (Non-Volatile Memory Express) trên các hệ thống cổ điển.

Không hiệu quả về chi phí trong việc lưu trữ lượng dữ liệu lớn. NVMe đắt hơn so với ổ đĩa cơ khí dựa trên dung lượng lưu trữ.

Thường được sử dụng với định dạng M.2, điều này có thể giới hạn thêm lựa chọn ổ đĩa.

Sự khác biệt giữa SATA, NVMe và SAS là:

SATA

SATA là một giao thức truyền thông được phát triển cho máy tính để tương tác với hệ thống lưu trữ đĩa cứng (HDD). Được giới thiệu vào năm 2000, SATA đã thay thế ATA song song và nhanh chóng trở thành giao thức hệ thống lưu trữ phổ biến cho máy tính. Qua các năm, các phiên bản của spec đã được nâng cấp lên 6 Gbps với thông lượng hiệu quả lên đến 600 MB mỗi giây.

Mặc dù được phát triển cho công nghệ đĩa cứng với đĩa quay cơ khí và đầu đọc/ghi được điều khiển bằng động cơ, các SSD sớm đã được tiếp thị với giao diện SATA để tận dụng hệ sinh thái SATA hiện có. Đó là một thiết kế thuận tiện và đã giúp tăng tốc quá trình chấp nhận SSD, nhưng không phải là giao diện lý tưởng cho các thiết bị lưu trữ flash NAND và ngày càng trở thành hạn chế của hệ thống.

NVMe

NVMe Được thiết kế cho flash, tốc độ và độ trễ thấp của NVMe khiến SATA trở nên lạc hậu, và NVMe cho phép dung lượng lưu trữ cao hơn nhiều trong các dạng nhỏ hơn như M.2. Nói chung, các tham số hiệu suất của NVMe vượt trội hơn SATA năm lần hoặc cao hơn.
SATA có thể có lịch sử lâu dài và chi phí triển khai thấp hơn so với NVMe, nhưng đó là công nghệ đĩa cứng đã được cải tiến để phù hợp với phương tiện lưu trữ hiện đại hơn.

SAS

NVMe hỗ trợ 64.000 lệnh trong một hàng đợi lệnh đơn và tối đa 65.535 hàng đợi I/O. Trái lại, khả năng hàng đợi của một thiết bị SAS thường hỗ trợ tối đa 256 lệnh, và ổ đĩa SATA chỉ hỗ trợ tối đa 32 lệnh trong một hàng đợi.

Tuy nhiên, ổ SSD NVMe dựa trên PCIe hiện tại đắt hơn so với ổ SSD SAS cùng dung lượng, mặc dù khoảng chênh lệch đang thu hẹp lại. Ngoài ra, các ổ SSD NVMe cao cấp dành cho doanh nghiệp có thể tiêu thụ nhiều năng lượng hơn so với ổ SSD SAS hoặc SATA. Hiệp hội Thương mại SCSI cho rằng ổ SSD SAS đã trưởng thành hơn và cung cấp những lợi thế bổ sung so với ổ SSD NVMe PCIe, chẳng hạn như khả năng mở rộng lớn hơn, khả năng cắm nóng và khả năng chuyển giao thời gian đã được kiểm chứng. Ngoài ra, ổ SSD NVMe PCIe cũng có thể cung cấp mức độ hiệu suất mà nhiều ứng dụng không cần đến.

Các dạng dạng và tiêu chuẩn của NVMe

Nhu cầu về giao diện lưu trữ và giao thức để tận dụng tối đa tiềm năng hiệu suất của NAND flash trong môi trường doanh nghiệp là động lực đằng sau sự phát triển của NVMe. Nhưng việc tái tưởng tượng lại tiêu chuẩn kết nối đã mở ra cánh cửa cho một số loại giao diện khác nhau có thể tuân theo các quy định mới trong khi đưa ra nhiều tùy chọn triển khai khác nhau.

Nhanh chóng, một số dạng dạng flash tuân theo các thông số kỹ thuật của NVMe đã xuất hiện, bao gồm các dạng dạng mới cho ổ đĩa SSD được gọi là M.2 và U.2.

AIC

Dạng dạng AIC cho phép các nhà sản xuất tạo ra các thẻ riêng của họ phù hợp với bus PCIe mà không cần quan tâm đến thiết kế ngăn đựng lưu trữ hoặc các giới hạn tương tự. Các thẻ thường được thiết kế cho các trường hợp sử dụng đặc biệt và có thể bao gồm các bộ xử lý và chip khác để nâng cao hiệu suất của lưu trữ thể rắn.

M.2

Dạng dạng M.2 được phát triển để tận dụng kích thước nhỏ gọn và lượng nhiệt thải thấp của NAND flash. Do đó, các thiết bị NVMe M.2 không dành cho các ngăn đựng ổ đĩa truyền thống, mà thay vào đó được triển khai trong không gian nhỏ hơn nhiều. Thường được mô tả là có kích thước tương đương với thanh kẹo cao su, ổ SSD M.2 có chiều rộng 22 mm và dài khoảng 80 mm, mặc dù một số sản phẩm có thể dài hoặc ngắn hơn.

U.2

Khác với dạng dạng M.2, ổ SSD U.2 được thiết kế để phù hợp với các ngăn đựng lưu trữ hiện có ban đầu dành cho các thiết bị SATA hoặc SAS tiêu chuẩn. Ổ SSD U.2 có dạng dáng tương tự như các phương tiện cũ hơn, vì chúng thường sử dụng vỏ bọc kích thước 2,5 inch hoặc 3,5 inch

EDSFF

Đây là một dạng factor NVMe khác, ít được triển khai rộng rãi, được sử dụng chủ yếu trong các hệ thống lưu trữ dành cho doanh nghiệp và trung tâm dữ liệu. Mục tiêu của EDSFF là đem lại hiệu suất và dung lượng lưu trữ cao hơn cho các hệ thống lưu trữ dành cho doanh nghiệp. Ví dụ phổ biến nhất về dạng factor EDSFF là các thiết bị flash E1.L dài và E1.S ngắn của Intel, được cung cấp trong dạng factor ban đầu được gọi là “ruler”

Kết Luận

Trên thị trường lưu trữ hiện nay, NVMe (Non-Volatile Memory Express) là một giao diện và giao thức lưu trữ đang được sử dụng phổ biến để tăng tốc độ truyền dữ liệu giữa các hệ thống doanh nghiệp và khách hàng với ổ đĩa định dạng rắn trên bus PCI Express tốc độ cao của máy tính. NVMe cung cấp những lợi ích vượt trội so với các tiêu chuẩn truyền thống như SCSI và ATA, bao gồm độ trễ giảm và IOPS (số lần thực hiện hoạt động vào/ra trên giây) cao hơn, giúp tối ưu hóa hiệu suất lưu trữ trong môi trường trung tâm dữ liệu.

Hiện nay máy chủ vina đang cung cấp các dòng SSD NVMe chính hãng với giá cạnh tranh.