nvmeハードドライブとは何ですか?

nvme はソリッド ステート ドライブであり、PCI-E チャネルを使用するソリッド ステート ドライブの仕様です。 nvme 仕様の目的は、PCI-E チャネルの低レイテンシと並列性、および最新のプロセッサ、プラットフォーム、アプリケーションの並列性を最大限に活用して、ソリッド ステート ドライブの読み取りおよび書き込みパフォーマンスを大幅に向上させることです。制御可能なストレージ コストで、AHCI インターフェイスによって引き起こされる高い遅延を軽減し、SATA 時代のソリッド ステート ドライブの究極のパフォーマンスを完全に解放します。

このチュートリアルの動作環境: Windows 7 システム、Dell G3 コンピューター。

NVMe は、実際には AHCI と同様の論理デバイス インターフェイス標準です。NVMe は、PCI-E チャネルを使用するソリッド ステート ドライブの仕様です。設計の初めに、NVMe は低遅延と並列処理を最大限に活用しました。 PCI-E の性別。 SATA チャネルを使用する従来のソリッド ステート ドライブと比較した最も明白な利点は、超高速の読み取りおよび書き込み速度です。

NVMe は、Non-Volatile Memory Express (Non-Volatile Memory Host Controller Interface Supplement) の略称で、ソリッド ステート ドライブ (SSD) の高速実行を可能にするプロトコルです。現在、企業で使用されています。ユーザーの人気はますます高まっています。

NVMe とは何かを理解する最も簡単な方法は、たとえ話をすることです。時速 400 キロメートルの速度に達するスポーツ カーを購入したとします。これは、前の古い車の 3 ～ 4 倍です。 . .唯一の問題は、一般の道路ではそのような速度での走行ができないことです。都市部の道路では制限速度が時速数十キロであることが多く、交通の流れの問題を考慮する必要があることがよくあります。スポーツカーをより速く走らせたい場合は、別の方法で運転する必要があります。

このシナリオは、メーカーがフラッシュ メモリ テクノロジに基づいた SSD を発売した後のストレージ業界の状況に少し似ています。フラッシュ テクノロジーは、従来の機械式ハード ドライブよりも何倍も高速です (何倍速くなるかは、使用するデバイスによって異なります)。ただし、初期のデバイスはすべて、システムやネットワークに接続するためにハード ドライブと同じ SATA または SAS 接続を使用していました。これらのインターフェイスは、ハードディスク ドライブ (HDD) が提供できるパフォーマンスには十分ですが、SSD にとってはボトルネックとなります。これは、エンタープライズビッグデータ分析やその他のデータ集約型ワークロードにとって特に問題です。

こうしたパフォーマンスの問題により、人々は SSD をサーバーに接続するより良い方法を模索するようになりました。そこで NVMe が登場します。

1. NVMe とは何ですか?

NVMe プロトコル標準は、100 を超える組織のグループである NVM Express によって監視されています。不揮発性ストレージのパフォーマンスを向上させるために、より高速なプロトコルの開発に取り組んでいる組織のコンソーシアム。この組織は、Cavium、Cisco、Dell EMC、Facebook、Intel、Micron、Microsemi、Microsoft、NetApp、Samsung、Seagate、東芝メモリ、Western Digital を含む 13 社の取締役会によって主導されています。

SATA および NVMe によって提供される理論上の最高速度と比較した、HDD が達成できる理論上の最高速度

NVMe の公式の定義では、これを「」と説明しています。モバイルからデータセンターに至るまで、あらゆる種類のコンピューティング環境で不揮発性ストレージが提供できるメリットを最大限に引き出すためのオープンな規格と情報のコレクションです。NVMe は、現在および将来にわたって高帯域幅とパフォーマンスを提供するようにゼロから設計されています。 NVM テクノロジー。低遅延のストレージ アクセス。"

NVMe は、PCI Express バスを介してストレージをサーバーに接続するためのインターフェイス仕様です。簡単に言うと、SSD がホスト システムとより高速に通信できるようになります。これは、フラッシュ メモリが本来 HDD 用に設計された SAS または SATA 経由でシステムに接続されているときに発生するボトルネックを軽減するのに役立ちます。

2. NVMe は SATA や SAS よりもはるかに高速です

NVMe コントローラーは、いくつかの異なる方法でパフォーマンスを向上させます。 1 つは、ストレージをシステム CPU に直接接続する PCIe バスを使用する方法です。この直接接続により、SATA に必要な手順の一部が省略され、全体的なパフォーマンスが向上します。

さらに、NVMe SSD は大幅な並列処理を実現し、スループットを大幅に向上させます。データがストレージからサーバー ホストに転送されると、データは行またはキューに入ります。従来の SATA 接続は 1 つのキューのみをサポートし、一度に受信できるデータは 32 個のみです。車のたとえに戻ると、32 台の車に対して 1 車線しかないようなものです。

NVMe ストレージは、それぞれ 64,000 のエントリを持つ最大 64,000 のキューをサポートします。言い換えれば、一方通行の道路から、各車線に 64,000 台の車を収容できる 64,000 車線の道路に移行するようなもので、全体のパフォーマンスに大きな影響を与えます。

都市部の道路には一般に時速数十キロメートルの速度制限があるという例えで述べたように、SATA および SAS 接続にも速度制限があります。 SATA の場合、理論上の最大転送速度は 6.0 Gbps です (実際の最大転送速度はさらに低くなります)。これは、SATA SSD の動作速度に上限を設定することに相当します。一定の制限を超えると、SATA 接続がボトルネックになるため、より高速なフラッシュ メモリを使用してもシステムの全体的なパフォーマンスに影響はありません。

ほとんどの消費者にとって、SATA SSD は日常のタスクをこなすのに十分なパフォーマンスを提供します。また、SATA SSD は NVMe SSD よりも安価であるため、ほとんどの消費者向けソリッド ステート ストレージは依然として SATA インターフェイスを使用しています。

ただし、企業は通常、消費者よりもはるかに多くのデータを処理するため、SATA 接続によって生じる遅延が問題になる可能性があります。

Intel 750 シリーズは、NVMe テクノロジーをサポートするソリッド ステート ドライブ製品の 1 つです。

3. NVMe では SSD のみが動作します。 NVMe ドライブは SATA よりもはるかに高速であるため、パフォーマンスを向上させるために HDD と並行して NVMe を使用することは良いアイデアのように思えます。ただし、NVMe は Non-Volatile Storage Interface の略称であり、NAND フラッシュなどの不揮発性ストレージ専用に設計されていることに注意してください (ただし、3D XPoint などの新しい不揮発性メモリでも使用できます)。

システムが HDD からデータを読み取る場合、一度に 1 つのデータのみを読み取ることができます。最初のブロックの正しい物理的位置に移動するには回転する必要があり、次に 2 番目のブロックの正しい位置に移動するには再度回転する必要があるためです。一方、フラッシュ メモリやその他の不揮発性ストレージ テクノロジには可動部品がありません。これは、システムが多くの異なる場所から同時にデータを読み取ることができることを意味します。これが、SSD が NVMe によって提供される並列処理を利用できるのに、HDD が利用できない理由です。

4. PCIe と NVMe は関連していますが、同じものではありません

多くの人にとって、NVMe の最も混乱する部分は、PCIe との関係です。一部のベンダーは NVMe ラベルを使用して SSD を参照し、他のベンダーは PCIe ラベルを使用し、さらに他のベンダーはこの用語を同じ意味で使用しているようです。

PCIe と NVMe は密接に関連していますが、この 2 つの用語は若干異なるテクノロジーを指します。 PCIe をシステムの物理部分と考えてください。 NVMe SSD をサーバーに接続する場合は、PCIe スロットを介して接続する必要があります。

対照的に、NVMe はプロトコルであり、SSD が PCIe バスを使用できるようにする一連のソフトウェアおよびハードウェア標準です。 NVMe はストレージ デバイスをサーバーに接続できるようにする言語であり、PCIe は実際の物理接続であると言えば十分でしょう。

5. NVMe-oF は SSD をネットワークに接続します

この記事では主に、SSD をサーバーに直接接続する標準の NVMe に焦点を当てていますが、NVM Express 組織は NVMe over Fabric (NVMe) もリリースしました。 -oF) ブロックストレージ用の不揮発性ストレージをネットワークに接続する仕様。同組織によれば、「NVMe-ofF は、ストレージ ネットワーク ファブリック上で NVMe ブロック ストレージ プロトコルのさまざまなストレージ ネットワーク ファブリックをサポートする共通のアーキテクチャを定義します。」これには、ストレージ システムでフロントエンド インターフェイスを有効にし、大規模なストレージ ネットワークを拡張することが含まれます。 NVMe デバイスの数を増やし、データセンター内の NVMe デバイスと NVMe サブシステムの範囲を拡大します。

NVMe-oF 仕様は NVMe 仕様と約 90% 同一ですが、異なるトランスポート マッピング メカニズムが使用されています。 NVME-oF には、RDMA 用とファイバー チャネル用の 2 つの異なるバージョンもあります。

NVMe-oF 仕様も NVMe 仕様よりもはるかに新しいため、一部のメーカーがこのテクノロジーのサポートを発表していますが、実際に NVMe 製品を販売しているメーカーはほとんどありません。このテクノロジーは今後数年間でさらに一般的になることが予想されます。

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