Für wel­che Sze­na­rien ist NVMe ganz beson­ders gut eig­net? Wel­che Vor- und Nach­teile bringt die Lösung für Sie als IT-Betreiber?

1. Boston Webinar
NVMe: Was ist das und wer braucht das?
Wolfgang Stief
Senior Consultant

2. § Gegründet 1992 – 24 Jahre Innovation
§ Supermicros ältester & größter globaler Partner – seit über 20 Jahren
§ Lösungshersteller mit Fokus auf Technologie (First-to-Market Strategie)
§ London HQ, Niederlassungen in London City, München, Mumbai,
Bangalore, New York. Weitere Expansion geplant.
§ Experten im Lösungs- und HPC-System-Design unter Verwendung von
Premium-Komponenten von Supermicro und führenden Komponenten-
Partnern
§ Supermicros Fastest Growing Partner 2012/2013
Über uns

3. § Warum eigentlich NVMe?
Begriffsklärung, Spezifikation, Voraussetzungen
§ Einsatz- und Anwendungsmöglichkeiten von NVMe
Wo wird NVMe schon heute genutzt? Was bringt die Zukunft?
Wo macht NVMe keinen Sinn? Wie teuer ist NVMe?
§ NVMe-Lösungen aus dem Boston Portfolio
Komplett-Systeme, Mainboards, NVMe-Module
Agenda

4. § SAS/SATA bremst Flash-Module aus
Command Queue, IOPS, Latenz
§ Protokoll mit geringer Latenz und hohem Durchsatz >> PCIe
§ Adaption PCIe 3.0 für Massenspeicher/Flash >> NVMe
x2/x4 Lanes, 8 Gbit/s je Lane
§ NVMe — Non Volatile Memory express
Industriekonsortium, http://www.nvmexpress.org
Cisco, Dell, EMC, Intel, Micron, Microsemi, Microsoft, NetApp, Oracle, Samsung, Seagate, Western Digital u. a.
Motivation – Warum eigentlich NVMe?

5. § x4 PCIe-Lane
PCIe 3.0: 8 GT/s = 984.6 MB/s je Lane
§ Zugriffszeit im Bereich µs
§ große Command Queues
64k Queues à 64k Commands
§ Inbound Signaling (MSI-X), nur 13 Kommandos
§ RDMA mit NVM Express over Fabrics
(Ethernet, Infiniband, Fiberchannel)
Spezifikation — Was kann NVMe?
Festplatte, SATA-3 10k Rpm, 2.5“
§ ca. 9ms-12ms Zugriffszeit
§ ca. 120 MB/s sequential read
§ SATA-3 in Praxis max. ca. 1.5 GBit/s
§ 1 Command Queue, 32 Commands

6. § Steckplatz auf Mainboard oder PCIe-Adapter
§ BIOS-Support
§ Support im Betriebssystem
alle aktuellen, gängigen Betriebssysteme unterstützen NVMe,
einschließlich Linux, FreeBSD, Solaris
Voraussetzung— Was braucht NVMe?

7. § seriell ist weniger Aufwand
1bit seriell vs. 64bit parallel
§ Synchronisation der Signale einfacher
§ kein Signalübersprechen zwischen PINs
muss aufwendig kompensiert werden, sh. Differential SCSI
§ Prinzipiell längere Kabel möglich
Modem/Telefon vs. Parallel SCSI-3
Exkurs — Warum nichts paralleles?

8. § NVM in DIMM-Format
§ Massenspeicher im Memory Subsystem,
§ schneller, aber immer intern only, nicht HotSwap
Verwechslungsgefahr >> NVDIMM
NVMe NVDIMM

9. § Low Latency
§ Filesystem Cache
§ Metadaten von (verteilten) Filesystemen
§ Datenbanken
§ Anwendungen mit Kriterium „geringe Antwortzeiten“
(interaktiver Betrieb)
Einsatzbereiche für NVMe (1/2)

10. § High Throughput
§ Scratch Filesystem (HPC)
§ Messdatenerfassung
§ Fileserver
hohe Last + (sehr viele) kleine Files
Einsatzbereiche für NVMe (2/2)

11. § GPU-Anbindung per NVMe
schnelles Data Movement von/zu GPU >> HPC
§ NVMe over Fabric
externe Storage-Shelfs, shared NVMe Storage
§ RDMA-Anwendungen
Multinode-DB, Distributed Computing, Big Data
Einsatzbereiche für NVMe (future)

12. Der Markt für NVMe
http://g2minc.com

13. § Archivsysteme
§ Streaming Data
viel sequential read von großen Files
§ Große Files mit wenig I/O
§ Vorsicht bei All Flash Arrays
§ RAID5/6 ungeeignet für Flash
übermäßiges Write-I/O auf Module
§ entsprechende Geräte am Markt verfügbar, z. B. Boston Igloo Plus
http://www.boston-itsolutions.de/all-flash-arrays-accelstor-macht-vieles-richtig
NVMe um jeden Preis? — Nein!

14. § U.2 (früher SFF-8639)
> SAS/SATA, aber andere PINs belegt („Hybrid Bay“)
> Achtung: gibt auch SSD mit SATA-Anschluss
6 Gbit/s SATA — billig, aber langsam!
§ M.2 (selten auch NGFF)
> max. x4 PCIe Lanes, 32 GBit/s
> 22mm breit, 42/60/80/110mm lang (M.2 2280)
> Codierung in Kontaktleiste
> mindestens 60 Steckzyklen
§ PCIe-Karte bzw. PCIe-Adapter für M.2
Wie kommt NVMe ins System?
DmitryNosachev
CCBY-SA4.0

15. § Geschwindigkeit (Durchsatz und Latenz)
> verschiedene Serien je Hersteller
> beeinflusst durch Controller-Baustein und Controller-Firmware (IP des Herstellers)
> Organisation der Flash-Chips auf dem Modul
§ DWPD — Drive Writes per Day
> Flash: begrenzte Anzahl Schreib-/Löschzyklen
> (sehr) viel mehr Flash-Chips als Nutzkapazität, typ. 1-5 DWPD
> DWPD immer für spezifizierten Garantiezeitraum, z. B. 3 oder 5 Jahre
> 500 GB SSD, 3 DWPD, 5 Jahre Garantie = 5 Jahre lang jeden Tag 1.5 TB schreiben
> auch MTBF noch gebräuchlich (z. B. 1.5 Mio. Stunden)
§ SLC, eMLC, MLC, TLC
Aufbau der Speicherzellen, Zuverlässigkeit, Geschwindigkeit
Qualitätskriterien — Consumer vs. Enterprise

16. § aktuelles Beispiel, 9/2016
§ NVMe SSD, 2 TB, 3.5 GB/s sequential read, <100µs Zugriffszeit, ca. U$ 1.300
§ HDD 15.000 Rpm, 2.5“, SAS, ca. 10ms Zugriffszeit, ca. U$ 120
ca. 140 MB/s @ sequential read per Spindel (Erfahrungswert)
§ ca. 25 HDD für gleichen Throughput (ohne Redundanz/RAID)
§ 1 SSD = 6 W, 9g, 2 TB
1 HDD = 6 W, 227 g >> 25 HDD = 150 W, 5.6 kg, 7.5+ TB
§ DB-Admins: viele kleine Spindeln, Disks < 300GB?
Sind NVMe SSDs nicht furchtbar teuer?

17. § NVMe SSD im M.2 Format
128 GB, 256 GB, 512 GB, 1024 GB
M.2 2280 und M.2 22110
§ Zahlreiche Server-Systeme mit M.2
Mini-1U, 1U, Mini-Tower, 3U MicroCloud
§ Zahlreiche Motherboards mit M.2
Flex ATX, Mini-ATX, SkyLake Workstations u. a.
§ NVMe-Steckkarten für PCIe
§ PCIe Add-on Card für M.2-Module
NVMe-Produkte bei Boston/Supermicro

18. Kontakt
+49 89 9090199-3
www.boston-itsolutions.de
sales@boston-it.de
BostonITsolutions
@BostonDE
Boston-server-&-storage-solutions-gmbh

19. § CC BY-SA 4.0
http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0
Lizenz-Foo