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Mehr Geschwindigkeit für Ihre SSD – warum und wie NVMe SATA und SAS zukünftig ersetzen wird…

Die traditionelle und mechanische Festplatte ist noch lange nicht an ihrem Ende angekommen. Trotzdem werden Chip-basierte SSDs immer häufiger verkauft und gelten als die Zukunft der Speichermedien. Die Marktforscher von Gartner erwarten, dass die Gesamterlöse von SSDs in diesem Jahr zum ersten Mal in der Geschichte über die der HDDs liegen werden. Obwohl nicht alle Experten auf dem Markt mit dieser Prognose einverstanden sind, sind sie übereinstimmend der Auffassung dass SSDs ihre Erfolgsgeschichte auf dem Markt fortsetzen werden. Einige Journalisten sagen sogar, dass der Kampf zwischen Festplatte und SSD bereits vorbei ist, wobei die SSD gewonnen haben. Der Grund für den Erfolg der Chip-basierten SSDs ist ziemlich offensichtlich: Sie bieten meist eine viel höhere Geschwindigkeit.

Nachdem am Anfang nur Laptops und einfache Desktop-Computer mit SSDs ausgestattet waren, nutzen immer mehr Hersteller sie auch in High-End Server- und Speichersystemen. Die Preise sind in den letzten Jahren dramatisch gesunken, so dass der ehemalige große Preisunterschied nicht mehr existiert.

Aber nur NAND-FLASH SSDs – oder andere Chips auf der Grundlage fortgeschrittener Nachfolger nicht-flüchtiger Speicher-Technologien einzusetzen – ist einfach nicht genug, um die Performance von  Speichersystemen oder Servern zu steigern. Performance- und I / O-Vorteile können nur erreicht werden, wenn auch erweiterte Schnittstellenprotokolle verwendet werden!

 

Beispiel einer NVMe storage SSD Karte von Samsung: SSD 960 EVO

 

Hier kommt NVMe ins Spiel. Bis die SSD auf dem Markt auftauchte, basierte das Konzept der Adressierung und Speicherung von Daten auf einer herkömmlichen Festplatte (HDD) auf folgendem Verfahren: Jeder Datenblock sollte schrittweise nacheinander gefunden, adressiert und gespeichert oder kopiert werden.

Das funktionierte hervorragend mit dem Lese- / Schreibkopf, der in eine traditionellen Festplatte eingebaut wurde: Die Daten werden auf der Festplatte gefunden, der Kopf wird über die Stelle bewegt und die Daten werden ausgelesen und mit einem bestimmten, speziell für diese Aufgabe entwickelten Protokoll übertragen. Mit der (parallelen) ATA-Schnittstelle und dem IDE-Bus konnten die Daten in 16-Bit-Paketen übertragen werden. Allerdings können diese 16 parallelen Datenspuren bei ATA Probleme beim Übertragen der Daten – wie Asynchronität der Spuren – erzeugen. Deshalb wurde serielles (Serial)ATA entwickelt: Bei SATA wird nur eine Datenspur zur Bit-weisen Übertragung der Daten, zum Beispiel von der Festplatte und zurück, mit nur einem Befehl verwendet. Da die CPUs und RAMs immer schneller und schneller werden, sind die Datenübertragungsraten über diese alten Bus-Schnittstellen und Standards eine der hauptsächlichen Engpässe. Mit einer hohen Nachfrage an Software, die in der Lage ist, fast in Realtime auf große Mengen an Daten (Big Data) zuzugreifen, diese zu berechnen oder zu speichern sind Input / Output (I / O) Raten jetzt noch wichtiger als bisher.

Obwohl solche Übertragungsprotokolle wie SATA (basierend auf dem ATA-Befehlssatz) und SAS (basierend auf SCSI) seit mehr als 15 Jahren gut funktioniert, sind sie heute nicht mehr sinnvoll. Der Grund dafür ist einfach: Es ist möglich (und es macht Sinn, diese Möglichkeit zu nutzen), dass die Logik hinter einem OS “alle Inhalte“, die auf einem einzigen Chip oder mehreren Chips auf einer SSD gespeichert sind, auf einmal sehen können. Während es mit SATA nur möglich war einen einzigen Befehl (Command) in einer Warteschlange (Command Queue) zu bearbeiten, macht das neue NVMe-Protokoll es möglich, dass 65.000 Befehle in einer Warteschlange gleichzeitig gehandhabt werden. Die Warteschlangenbefehlstiefen von 254 (SAS) und 32 (SATA) lassen sich nur begrenzt mit 65.000 Warteschlangen bei NVMe vergleichen.

NVMe ist ein Standard, der mit dem Peripheriekomponenten-Interconnect Express (PCIe) Bus verbunden ist. Der Hauptvorteil dieser Norm ist, dass es eine viel größere Bandbreite als SATA und SAS erreicht: Während SATA III 6 Gb/s und 600 Mbit/s Durchsatz und SAS 12 Gb/s und 8 Gbit/s Durchsatz bietet, ermöglicht NVMe eine Datenübertragungsleistung von circa 1 Gb/s pro Spur – das sind 16 Gb/s bei einer 16-Spur-Konfiguration. Mit dieser Zunahme der I / O-Leistungsfähigkeit sowie der Durchsatzzahlen ist es offensichtlich, dass Storages, die mit SSDs ausgestattet sind, die auf NVMe basieren, gegen schwere Überlastungen und Leistungseinbußen aufgrund zu vieler E / A-Anfragen immun sind.

Das ist der Grund, warum zum Beispiel PCIe SSD Karten mit dem NVMe Protokoll jetzt einen großen Erfolg auf dem Markt haben. Entwickelt speziell für die sogenannten ALL-FLASH-Speichersysteme, sind viele davon in Speicher- oder Serversysteme eingebaut und speichern und greifen auf Daten und Informationen schneller als jemals zuvor zu. Und es ist zu erwarten, dass sie das auch in Zukunft machen werden. Aber die Produzenten von SATA- und SAS-basierten SSD-Speicherkarten kämpfen immer noch mit harten Bandagen gegen ihren neuen Gegner und sind noch lange nicht bereit aufzugeben. Viele SSDs werden immer noch auf der Grundlage dieser alten Standards auf den Markt gebracht. Allerdings wird NVMe höchstwahrscheinlich langfristig gesehen der Gewinner sein, also könnte es klug sein – wenn Sie dies noch nicht bereits gemacht haben – dass Sie Ihr Speichersystem auf den neuen NVMe-Standard aktualisieren.

Bildnachweise:

Feature Bild: werner22brigitte/pixabay.com/CC0 Lizenz

Produktbild: SSD 960 EVO, Samsung Electronics Co., Ltd, IT Storage, Pressemitteilung 2016 -09-21