Ổ cứng NVMe là gì? Hướng dẫn chọn ổ NVMe phù hợp cho máy chủ của bạn

Ố cứng NVMe kể từ khi ra mắt từ năm 2011 đã được các nhà sản xuất bộ nhớ lưu trữ hàng đầu tập trung tạo ra các sản phẩm dựa trên nó và đưa ra thị trường cho cả phân khúc PC lẫn máy chủ doanh nghiệp.

Bài viết này sẽ cố gắng giải thích ngắn gọn nhất về NVMe là gì, khách hàng của chúng đang sử dụng nó như thế nào trong thực tế và cách bạn có thể mua đúng ổ đĩa và đặt chúng vào đúng máy chủ.

NVMe là đặc tả giao tiếp cho các ổ đĩa cứng dựa trên PCI Express. Điều này không quá khác biệt so với AHCI do Intel định nghĩa, đã tăng cường bus SATA bằng cách thêm hỗ trợ cho những thứ như hot-plug và Native Command Queuing. NVMe là lớp nằm giữa trình điều khiển thiết bị và chính thiết bị PCIe, tạo ra một phiên bản quy tắc chuẩn hóa, tập trung vào độ trễ thấp, khả năng mở rộng và bảo mật. Hầu hết các bo mạch chủ cao cấp gần đây đều có các bản cập nhật firmware giúp chúng có khả năng hỗ trợ NVMe, cho phép các ổ PCIe có thể khởi động hoàn toàn.

NVMe là gì?

NVMe là một đặc tả giao tiếp được phát triển cho SSD dựa trên PCIe bởi một nhóm gồm 13 thành viên bao gồm Intel, Samsung và các hãng khác. Nó được thiết kế cho tiềm năng lưu trữ trong tương lai và chúng đã thâm nhập vào cả thị trường tiêu dùng lẫn doanh nghiệp, chúng không kế thừa bất kỳ đặc điểm nào từ lưu trữ dựa trên ổ cứng.

Nó bắt đầu với các ổ SSD nằm trên các khe PCIe

Như hầu hết chúng ta đều biết, bus PCI Express cung cấp khả năng sẵn có băng thông cực cao do được gắn trực tiếp vào CPU. Chỉ có điều tự nhiên là các nhà sản xuất ổ đĩa muốn tận dụng lợi thế của việc cung cấp PCIe băng thông tăng cường. Khi các công nghệ bộ nhớ không bay hơi phát triển, họ thấy mình bị giới hạn bởi các nút thắt gây ra bởi các tiêu chuẩn được tạo ra cho thời đại của các ổ đĩa quay cơ học.

Trong một thời gian dài, nhiều công ty đã tạo ra các giải pháp ổ đĩa PCIe của riêng họ, mỗi giải pháp đều có bộ thanh ghi (register) độc quyền, bộ tính năng và tập lệnh riêng. Điều này tạo ra sự không nhất quán đe dọa khả năng tương tác với phần cứng như bo mạch chủ, CPU và phần mềm như trình điều khiển và hỗ trợ HĐH.

Tuy nhiên, xu hướng đã rõ ràng: SSD SAS và SATA là phổ biến, nhưng SSD PCI Express sẽ có sự tăng trưởng đáng kể.

Một tiêu chuẩn được sinh ra

Có một nhu cầu rõ ràng về một tiêu chuẩn, vì vậy NVMe đã được tạo ra. Được phát triển bởi một hiệp hội công nghiệp mở bao gồm 13 thành viên của nhóm quảng bá (được liệt kê dưới đây), NVMe được tạo ra như một giao diện tiêu chuẩn, chứng minh trong tương lai được thiết kế để thâm nhập vào cả thị trường khách hàng và doanh nghiệp.

NVM Express Promoter Group các công ty

Trọng tâm của nó là tạo ra một đặc tả được tạo riêng cho bộ nhớ không bay hơi (do đó có tên NVMe – Non-volatile Memory), không kế thừa bất kỳ đặc điểm nào từ ổ cứng truyền thống, không chỉ hỗ trợ NAND phổ biến nhất hiện nay mà còn bất kỳ công nghệ nào khác có thể xuất hiện trong tương lai, như bộ nhớ thay đổi pha (PCM), MRAM và các loại khác.

Ưu điểm của NVMe

Như đã thảo luận trước đây, NVMe cho phép các ổ đĩa sử dụng các tuyến kết nối PCI Express để cung cấp nhiều lợi thế giúp nó trở thành một lựa chọn hấp dẫn hơn so với SSD tiêu chuẩn và trong nhiều trường hợp, làm cho nó trở thành giải pháp khả thi duy nhất cho nhiều tình huống ứng dụng và sử dụng.

Tốc độ so với ATA / SATA

Bằng cách gắn trực tiếp trên PCI Express, các ổ NVMe không bị ảnh hưởng bởi các nút thắt của giao diện ATA – cung cấp tới 4x IOPS (I/Os per second) so với tùy chọn SAS nhanh nhất hiện có. Với NVMe, nút thắt tốc độ hiện đang nằm ở chính NAND, vì vậy chúng ta nên kỳ vọng sẽ tăng hiệu suất hơn nữa khi công nghệ NAND tiến bộ và công nghệ mới xuất hiện trên thị trường.

Nhiều lane = Hiệu suất có thể mở rộng

NVMe cũng có lợi thế là cung cấp hiệu năng có thể mở rộng, cho phép các ổ đĩa tận dụng lợi thế của cùng một nhóm lane LỚN kết nối trực tiếp với CPU. Vì vậy, giống như các card đồ họa của chúng ta đang sử dụng các lane x16, các bộ điều hợp mạng Gigabit đang sử dụng x4 hoặc x8, các ổ SSD PCIe có thể tận dụng các lane bổ sung và vượt xa các lane x4 phổ biến được tìm thấy trong hầu hết các ổ SSD PCIe hiện nay.

Đặc tính năng tiêu thụ năng lượng thấp

Ổ đĩa NVMe cũng cho khả năng sử dụng năng lượng đặc biệt thấp ở chế độ chờ. Một số hãng đã áp dụng chế độ chờ công suất thấp L1.2 được xác định bởi thân tiêu chuẩn PCIe, giảm mức tiêu thụ xuống dưới 2mW – Giảm 97 phần trăm từ mức 50mW tiêu thụ khi sử dụng trạng thái L1, chế độ năng lượng thấp được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Ngoài công suất thấp khi không sử dụng, còn có các trạng thái nguồn khác nhau. Điều này có thể đem đến khả năng tiết kiệm thực sự cho nhiều khách hàng trong doanh nghiệp hoặc trung tâm dữ liệu.

Vấn đề bảo mật

Tập lệnh NVMe hỗ trợ các lệnh của security container tương tự như các lệnh của security container được tìm thấy trong các tập lệnh SCSI và ATA / ACS, cho phép các ổ SSD dựa trên NVMe hỗ trợ các giải pháp bảo mật tiêu chuẩn công nghiệp như thông số kỹ thuật của SSC và SSC doanh nghiệp được công bố bởi Trusted Computing Group.

Ứng dụng của NVMe

Tại TheGioiMayChu, chúng tôi đang chứng kiến ​​sự gia tăng đáng kể trong việc áp dụng ổ NVMe trong số những khách hàng mua máy chủ lưu trữ. Khách hàng của chúng tôi phản hồi rằng họ thực sự hài lòng với hiệu suất và độ tin cậy của các ổ này, sử dụng chúng trong các ứng dụng cơ sở dữ liệu, phân tích dữ liệu lớn, làm bộ đệm trước một mảng lưu trữ, trong một giải pháp lưu trữ được xác định bằng phần mềm hoặc máy chủ Hyper-V .

Nói chung, NVMe là một ứng cử viên tốt để được xem xét ở bất cứ nơi nào giải pháp lưu trữ lưu trữ flash truyền thống được sử dụng như các storage pool, để thiết lập hệ thống tiering dữ liệu, hoặc bất kỳ ứng dụng nào đòi hỏi tính sẵn sàng cao từ ổ lưu trữ.

Chọn đúng ổ đĩa

Cũng như Ổ cứng và SSD, có nhiều loại ổ NVMe khác nhau trên thị trường với các thông số kỹ thuật, kích cỡ và hình thức khác nhau.

Trước khi đi vào các form-factor khác nhau, có lẽ cần phải nhấn mạnh tầm quan trọng của việc mua một bộ nhớ có chất lượng. Mặc dù có nhiều nhà cung cấp bộ nhớ không bay hơi trên thị trường, nhưng chỉ có ba công ty hiện có khả năng sản xuất NAND: Intel / Micron, Samsung và Toshiba. Các nhà tích hợp máy chủ coi trọng tính toàn vẹn và bảo mật dữ liệu thường sẽ không xây dựng bất kỳ máy chủ nào có NAND không trực tiếp đến từ các công ty này. Điều này giúp tạo ra các máy chủ lưu trữ đáng tin cậy nhất cho các ứng dụng khắt khe.

Các yếu tố hình thức NVM Express

Add-in Card

Add-in card có ưu điểm là cách sử dụng NVMe được hỗ trợ nhiều nhất hiện nay. Tất cả những gì nó cần là một hệ thống với bo mạch chủ được hỗ trợ với khe cắm PCIe có sẵn. Hầu hết các máy chủ Supermicro thế hệ mới được TheGioiMayChu cung cấp hiện nay đều có hỗ trợ. Tuy nhiên, có một vài nhược điểm: Chúng không thể hot-swap, sử dụng điện nhiều và chiếm nhiều không gian vật lý hơn, khiến chúng khó triển khai và bảo dưỡng hơn.

Ổ đĩa U.2 NVMe 2.5 Inch

Các ổ U.2 NVMe 2.5 Inch trông giống như hầu hết các ổ SSD được bán hiện nay, tuy nhiên, chúng kết nối với cổng M.2 trên bo mạch chủ bằng cáp. Form-factor này làm cho nó tương tự như SSD về khả năng dễ triển khai và khả năng phục vụ, cộng với khả năng cắm nóng, làm cho nó phù hợp với Trung tâm dữ liệu, Doanh nghiệp và những người dùng PC chuyên nghiệp.

Ổ đĩa M.2

Các ổ đĩa M.2 trông giống như các thanh gỗ cứng của bộ nhớ và chúng kết nối trực tiếp với cổng M.2 trên bo mạch chủ. Ưu điểm của ổ đĩa M.2 là chúng có các chiều dài khác nhau: 42mm, 80mm và 110mm, chiếm ít không gian vật lý hơn đáng kể so với ổ U.2 và PCIe.

Rất nhiều máy chủ hiện có hỗ trợ cho cả ổ U.2 và M.2. Để xem danh sách các hệ thống được hỗ trợ, chỉ cần nhập vào “m.2” vào ô tìm kiếm.

Chọn đúng ổ đĩa dựa trên việc sử dụng

Chọn kích thước lưu trữ phù hợp có vẻ như là một nhiệm vụ dễ dàng, nhưng nhiều người mắc sai lầm khi chỉ nhìn vào kích thước và chi phí lưu trữ, chọn ổ đĩa với chi phí thấp nhất trên mỗi gigabyte. Tuy nhiên, không phải tất cả bộ nhớ đều được tạo ra như nhau và bạn cần tính đến mức độ khó để ứng dụng của bạn sẽ đẩy ổ đĩa của bạn. Đây là một bước rất quan trọng mà không ai nên bỏ qua khi tìm kiếm ổ đĩa. Thông thường, các nhà sản xuất chia các giải pháp ổ đĩa của họ thành ba tầng (Tier) sử dụng khác nhau: Đọc chuyên sâu, Sử dụng hỗn hợp và Ưu tiên độ bền :

Như bạn có thể thấy ở trên, số lượng ghi mỗi ngày có thể khác nhau đáng kể từ tầng này sang tầng khác và điều quan trọng là phải dành thời gian để đánh giá cách bạn sẽ sử dụng ổ đĩa của mình để tránh những cơn đau đầu lớn như mất điện hoặc thậm chí mất dữ liệu.

Chọn đúng máy chủ

Như bạn đã thấy ở trên, các ổ NVMe có thể sử dụng các kết nối khác nhau và có các yếu tố hình thức khác nhau. Một số máy chủ có thể có các khe cắm PCIe có sẵn để chứa các ổ SSD PCIe, nhưng không hỗ trợ bo mạch chủ, khiến mọi thứ trở nên khó hiểu hơn.

Tính đến thời điểm hiện tại, nhà sản xuất duy nhất cung cấp các máy chủ có khả năng hot-swap thực sự là Supermicro, họ đã tích cực hỗ trợ NVMe từ dòng máy chủ X10 của mình. Supermicro dường như có lợi thế để thiết kế một loạt các máy chủ với các kích cỡ khác nhau với các công nghệ mới như NVMe. Bạn có thể tham khảo danh mục máy chủ hỗ trợ lưu trữ NVMe tại đây và danh sách các ổ cứng NVMe chuyên dùng cho máy chủ tại đây.


Liên hệ tác giả