Адаптер NVMe для максимизации потенциала инфраструктуры хранения данных

15.07.2024

Адаптеры NVMe, используемые в основном в центрах обработки данных, пограничных серверах и промышленных приложениях, поддерживают большие конфигурации 2,5-дюймовых твердотельных накопителей NVMe, обеспечивая высокую емкость хранилища до 60 ТБ. Они предназначены для приложений с интенсивным использованием данных, требующих производительности и надежности.

К адаптерам NVMe относятся адаптеры Switch, такие как Broadcom P411W-32P, которые поддерживают несколько твердотельных накопителей NVMe с использованием технологии переключения PCIe, и адаптеры RAID, такие как Rocket 7628A, которые добавляют возможности RAID. Адаптеры коммутаторов поддерживают горячую замену/горячее подключение, а адаптеры RAID поддерживают несколько RAID-массивов и расширенные функции управления.

NVMe-адаптер может максимизировать потенциал инфраструктуры хранения данных за счет повышения производительности, увеличения емкости и обеспечения надежности данных для ряда платформ и приложений.

Почему стоит выбрать адаптер NVMe?

Решения для хранения данных NVMe доступны во множестве форм-факторов: от отдельных твердотельных накопителей и карманных накопителей до внешних корпусов и карт контроллеров PCIe.

Если не считать обновлений с одним твердотельным накопителем, наиболее распространенными являются карты контроллера NVMe. Большинство из них, такие как AIC NVMe — позволяют добавить от 1 до 8 твердотельных накопителей M.2 через соединение PCIe. В основном они продаются как аксессуары для конкретной модели или марки вычислительной платформы или материнской платы. Распространенные примеры включают Hypercards Asus и контроллеры Dell Ultra Speed. Решения такого типа поддерживают от 1 до 4 твердотельных накопителей, в основном функционируют как простые обновления и обычно классифицируются как «карты расширения». Они предоставляют дополнительные порты M.2 и не более того.

Некоторые продвинутые решения предоставляют больше функций, например, HP Z Turbo Drive, который доступен с возможностью RAID, или Rocket 7608A PCIe Gen5 x16 NVMe AIC компании HighPoint Technologies, Inc., который обеспечивает расширенные возможности RAID-0, -1 и -10, поддержку дополнительно 8 независимых портов M.2 и архитектуры коммутации PCIe.

Однако, возможно, менее известный класс карт контроллера PCIe NVMe, адаптер NVMe, является одним из самых передовых и универсальных решений для подключения к хранилищам на современном рынке.

Что такое NVMe-адаптер?

Адаптеры NVMe — это специализированные решения, обычно предназначенные для серверных или промышленных приложений. Фактически, в настоящее время они чаще всего используются в средах центров обработки данных и пограничных серверов/рабочих станций. Они используются для поддержки больших конфигураций 2,5-дюймовых носителей данных NVMe — обычно от 4 до 32 твердотельных накопителей U.2, U.3 или E3.S с помощью различных кабельных решений.

Причина общего варианта использования довольно проста: твердотельные накопители NVMe форм-фактора 2,5 дюйма обычно классифицируются как носители данных для предприятий или центров обработки данных и доступны с емкостью до 60 ТБ; это сопоставимо с носителями SAS/SATA и во много раз больше, чем у самого плотного на сегодняшний день твердотельного накопителя M.2. Форм-фактор 2,5 дюйма требует значительно больше места, чем носители M.2 или E1.S — платформам потребуются мобильные стойки или выделенное шасси для хранения данных для размещения хранилища.

Типы адаптеров NVMe

Существует два основных класса адаптеров NVMe: адаптеры коммутаторов (например, вышеупомянутые Broadcom P411W-32P и HighPoint Rocket 1628A) и адаптеры RAID (например, HighPoint Rocket 7628A). Уточним: оба класса продуктов обычно используют архитектуру коммутации PCIe — эта технология не является эксклюзивной для карт, классифицируемых как адаптеры коммутаторов.

Rocket 1628A

Адаптеры коммутаторов NVMe — этот тип адаптера NVMe использует технологию переключения PCIe для поддержки 4 или более твердотельных накопителей NVMe U.2, U.3 или E3.S. Архитектура коммутации PCIe позволяет этим устройствам предоставлять ряд функций, таких как горячая замена/горячее подключение (возможность добавлять или удалять твердотельные накопители NVMe без выключения или перезагрузки системы) и возможность поддержки нескольких твердотельных накопителей на порт устройства.

Адаптеры коммутаторов NVMe изначально поддерживаются современными платформами ОС; это означает, что для работы им не требуется никакого дополнительного программного обеспечения (ни драйверов, ни приложений). Они будут автоматически распознаны хостом — любой подключенный SSD будет доступен для немедленного использования. Это также может упростить сеансы обслуживания, поскольку адаптер может оставаться полностью работоспособным во время обновления ядра или исправления, так как поддержка его оборудования уже встроена непосредственно в саму ОС.

Адаптеры NVMe RAID (также известные как Pro-Class). Этот тип адаптеров NVMe, который часто относят к решениям Pro-класса, добавляет технологию RAID. Помимо соответствия возможностям адаптеров коммутаторов, RAID-адаптеры NVMe могут поддерживать один или несколько RAID-массивов, состоящих из твердотельных накопителей NVMe; чаще всего конфигурации RAID-0 или -1. Некоторые продвинутые адаптеры, такие как HighPoint Rocket 7628A, могут содержать до четырех отдельных массивов, включая конфигурации RAID-10 и загрузочные тома.

Rocket 7628A

Для обеспечения полного набора функций адаптерам NVMe RAID часто требуются уникальные драйверы устройств и/или программные приложения. Однако это также может дать несколько преимуществ. Уникальные драйверы могут быть разработаны для конкретных операционных систем или рабочих процессов и настроены для максимальной надежности и производительности, а комплекты программного обеспечения могут реализовать множество возможностей управления и мониторинга, которые не предоставляются хостовой ОС.

Rocket 7628A выделяется в этом смысле — в дополнение к серии графических интерфейсов управления RAID и интерфейсов командной строки адаптер включает в себя комплексное решение NVMe Sensor и решение для мониторинга/регистрации окружающей среды, которое позволяет администраторам отслеживать и анализировать энергопотребление и температуру каждого твердотельного накопителя в режиме реального времени с помощью серии удобных для чтения графиков и линейных диаграмм. Эти данные особенно полезны для приложений, которым требуется хранилище, способное работать с пиковой нагрузкой ввода-вывода в течение длительного времени, например, AI/ML/LLM или решения для хостинга. Информация, предоставляемая службой, может быть использована для оптимизации конфигураций хранилища для повышения производительности и надежности путем изучения поведения SSD во время пикового ввода-вывода. Кроме того, адаптер предоставляет множество инструментов предоперационного уровня в виде внеполосного управления, HII и поддержки UEFI.

Преимущества адаптеров NVMe

Адаптеры NVMe предоставляют множество преимуществ по сравнению с другими решениями NVMe. Наиболее очевидным является гибкость и огромная емкость хранилища, которые они могут обеспечить через один слот PCIe, возможность размещения широкого спектра 2,5-дюймовых твердотельных накопителей NVMe (как с точки зрения форм-фактора, так и класса), а также огромный размер отдельных твердотельных накопителей (до 60 ТБ каждый). Адаптеры NVMe могут содержать петабайты хранилища по сравнению с AIC, которые измеряются в терабайтах (или даже в гигабайтах в некоторых случаях).

Поскольку адаптеры NVMe были разработаны для корпоративных аппаратных сред, большинство из них соответствуют строгим отраслевым стандартам форм-фактора шасси и электрическим характеристикам. Они созданы для того, чтобы выдерживать суровые условия круглосуточной работы, имеют компактный низкопрофильный форм-фактор и отличаются высокой энергоэффективностью. Они широко совместимы практически с любой современной платформой серверов или рабочих станций, включая компактные шасси для монтажа в стойку и промышленные платформы, на которых размещаются устройства PCIe через переходные карты.

Гибкие возможности подключения хранилища

Одной из сильных сторон адаптера NVMe является гибкость. Возможность взаимодействия с различными шасси хранения данных, такими как внутренние отсеки для 2,5-дюймовых накопителей, мобильные стойки или объединительные платы хранения данных, позволяет этим решениям размещать широкий спектр конфигураций хранения данных. Например, Rocket 7628A компании HighPoint оснащен четырьмя портами MCIO 8i, которые поддерживают любое количество кабельных решений. К ним относятся прямые подключения к твердотельным накопителям, например MCIO к SFF-8639 (твердотельные накопители U.2/U.3) и MCIO к SFF-TA-1002 (твердотельные накопители E3.S). Варианты подключения объединительной платы/мобильной стойки еще более разнообразны: MCIO — MCIO (носитель PCIe Gen5/Gen4), MCIO — SFF-8654 (носитель PCIe Gen4), MCIO — SFF-8643 (носитель PCIe Gen3) и SFF-8612/8611 OCulink (для носителей Gen4 и Gen4 соответственно).

Идеально для вертикального применения

Подавляющее большинство адаптеров NVMe основано на архитектуре коммутации PCIe, которая предназначена для приложений, требующим оптимальную пропускную способность передачи и безопасное и надежное соединение. Интегрированные микросхемы коммутатора позволяют этим типам решений распределять полосу пропускания внутри, чтобы максимизировать производительность восходящих и нисходящих портов. Микросхемы переключателей также разработаны для повышения четкости сигнала, минимизации задержек и оптимизации пропускной способности ввода-вывода. Результатом такого подхода является высоконадежное решение для хранения данных, способное обеспечить непревзойденную производительность передачи данных и высокую степень гибкости при загрузке. Адаптеры NVME позволяют администраторам точно настраивать конфигурации хранения для широкого спектра уникальных проектов и рабочих процессов.

Ярким примером является RAID-адаптер Rocket 7628A Pro-Class NVMe, основанный на архитектуре коммутатора HighPoint PCIe Gen5. Каждый адаптер имеет 48 линий внутренней полосы пропускания PCIe Gen5; по умолчанию линии x16 выделены для восходящего порта (подключения к вычислительной платформе), а линии x4 выделены для каждого из 8 каналов устройства (всего 32 линии). Это гарантирует оптимальную работу каждого твердотельного накопителя.

Однако распределение полосы пропускания не является статичным – ее можно перераспределять по мере необходимости. Например, адаптер можно переконфигурировать для максимального увеличения возможности подключения портов, назначив линию x1 32 отдельным твердотельным накопителям.

2,5-дюймовые носители NVMe также невероятно разнообразны; как с точки зрения форм-фактора SSD (U.2, U.3 и E3.S), так и с точки зрения целевого применения. 2,5-дюймовый носитель NVMe доступен как для корпоративных приложений, так и для центров обработки данных, емкостью до 60 ТБ, со специализированными подкатегориями для приложений, которым требуется оптимальная возможность последовательного чтения или последовательной записи, или сбалансированный подход (стабильная производительность случайного + последовательного чтения).

В таблице ниже приведена выборка твердотельных накопителей, поддерживаемых адаптерами NVMe:

Модель	Поколение PCIe	Форм-фактор	Емкость	Производительность / вариант использования
Kioxia CD8P-R	5	U.2	От 19,20 до 30,720GB	Интенсивное чтение – последовательное выполнение
Kioxia CD8P-V	5	U.2	От 19,20 до 30,720GB	Смешанное использование
Micron 7500Pro	4	U.3	800GB – 15.36TB	Интенсивное чтение – последовательное выполнение
Micron 7500Max	4	U.3	800GB – 15.36TB	Смешанное использование
Kioxia CM7-R	5	U.3	От 19,20 до 30,720GB	Высокопроизводительные вычисления (HPC)
Samsung PM1743	5	U.2	От 1,920 до 15,360GB	Высокопроизводительные вычисления (HPC)
Samsung PM1733A	4	U.2	От 1,920 до 15,360GB	Интенсивное чтение – случайная производительность
Solidigm D5-P5336	4	U.2, E3.S	От 7.68 до 61.44TB	Интенсивное чтение – последовательное выполнение

Конфигурации установки и хранения

Адаптеры NVMe просты в установке. Карты, как правило, низкопрофильные и легко помещаются в самый компактный компьютерный корпус. Адаптеры коммутаторов не требуют ничего, кроме физической установки, и по сути представляют собой устройства plug-and-play. Для RAID-контроллеров требуются драйверы и/или программные приложения, но большая часть этого выполняется с помощью «мастерской» установки и требует небольшого вмешательства со стороны администратора.

Однако они требуют использования интерфейсов управления и настройки. Это ожидаемо от профессиональных решений: некоторый опыт работы в сфере ИТ, безусловно, полезен, но не является жестким требованием. Веб-интерфейс HighPoint удобен для пользователя и понравится как начинающим пользователям, так и опытным администраторам. Все разбито на простые раскрывающиеся меню и нажатия кнопок. Однако опытные пользователи оценят более мелкие детали. Интерфейс предоставляет поминутные данные на каждом размещенном SSD, включая S.M.A.R.T. характеристики, температуру и даже рейтинги долговечности (TBW/DWPD).

Как обсуждалось ранее, адаптеры NVMe размещают носители NVMe через кабельное соединение. Кабели можно подключать непосредственно к твердотельным накопителям NVMe или к специализированной компьютерной плате, известной как объединительная плата хранилища.

Кабели для конфигураций с прямым подключением к твердотельному накопителю обычно включают разъемы питания, и каждый кабель поддерживает два твердотельных накопителя. Типы разъемов включают SFF-8639 (носитель U.2 и U.3) и SFF-TA-1002 (для твердотельных накопителей E3.S).

Объединительные платы используются в мобильных стойках и шасси хранения данных. На одной стороне объединительной панели имеются разъемы для твердотельных накопителей (обычно лотки для 2,5-дюймовых дисков и SFF-8639).

Кабель, предназначенный для подключения к объединительной плате, поддерживает широкий спектр типов разъемов, включая MCIO 8i (для носителей Gen4 и Gen5), SFF-8654 (носитель Gen4), SFF-8643 (носитель Gen3) и Oculink (SFF-8611/SFF-8612 для носителей Gen3 и Gen4).

Варианты использования и приложения

Как обсуждалось ранее, адаптеры NVMe были разработаны для размещения большого количества 2,5-дюймовых твердотельных накопителей NVMe (U.2/U.3/E3.S), предназначенных для серверных сред предприятий. Центры обработки данных, крупномасштабные решения для хостинга и виртуализации, корпоративные бизнес-серверы и пограничные серверы являются основными целями. Такие приложения требуют надежных, простых в обслуживании решений хранения данных с высокой плотностью хранения, способных поддерживать различные рабочие процессы.

Специализированные промышленные рабочие станции, которым требуются характеристики производительности с высоким уровнем случайной или смешанной записи данных, а также высокий уровень емкости хранилища, могут получить огромную выгоду от решения для хранения данных на основе адаптера NVMe.

RAID-адаптеры предоставляют администраторам большую гибкость благодаря богатому набору функций и отказоустойчивости (избыточности данных). HighPoint Rocket 7628A может содержать загрузочные тома RAID-1 и 10, которые идеально подходят для файловых серверов SMB, медиабиблиотек и даже приложений для домашнего кинотеатра.

Высокоскоростной прием/сбор данных

Как следует из названия, для этих типов приложений требуются решения для хранения данных, способные быстро захватывать большие объемы входящих данных, часто получаемых с датчиков или камер. Примеры включают машинное обучение, обучение искусственному интеллекту, системы помощи водителю (автомобильные) и различные аудио-видео платформы (AV), начиная от решений для захвата движения и заканчивая системами безопасности с высоким разрешением. RAID-адаптеры NVMe особенно хорошо справляются с этими задачами, поскольку чередование RAID-0 позволяет использовать несколько 2,5-дюймовых твердотельных накопителей для увеличения времени отклика, одновременно максимизируя производительность и емкость передачи.

Обработка/анализ данных

Приложениям, которые быстро анализируют и обрабатывают данные, требуются решения для хранения данных с высокой плотностью, способные оптимизировать производительность передачи и ввода-вывода; идеально подходит для 2,5-дюймовых носителей NVMe. Примеры включают научное и инженерное моделирование, серверы онлайн-транзакций и платформы медицинской диагностики.

Архивирование хранилища

2,5-дюймовые носители NVMe начинают конкурировать с дисками SAS/SATA по емкости, и преимущество в скорости очевидно. По этой причине носители U.2, U.3 и E3.S все чаще используются для обновления архивов данных, библиотек активов и крупномасштабных облачных сервисов. Адаптеры NVMe могут использовать большие банки 2,5-дюймовых носителей для обеспечения быстрого (60+ ГБ/с) и плотного (около 5 ПБ) хранилища через один слот PCIe и идеально подходят для таких приложений. Адаптеры NVMe Pro-Class/RAID с возможностью RAID-1 и -10 можно использовать для повышения безопасности данных и надежности архивов данных.

RAID-адаптеры обеспечивают большую гибкость в сценариях использования благодаря богатому набору функций и отказоустойчивости (избыточности данных). Rocket 7628A компании HighPoint может содержать загрузочные тома RAID-1 и -10, которые предназначены для файловых серверов SMB, медиабиблиотек и даже приложений для домашнего кинотеатра. Клиенты могут выбрать кабельное решение с прямым подключением к твердотельному накопителю для 4 - 8 твердотельных накопителей. Несмотря на то, что решение стоит дорого по сравнению со многими решениями AIC, корпоративная надежность, скорость и большая емкость хранилища делают инвестиции достойными.

Максимизация потенциала хранения

Подводя итог, можно сказать, что адаптер NVMe может максимально использовать потенциал вашей инфраструктуры хранения данных. Если вы хотите повысить производительность, увеличить емкость или обеспечить надежность данных, адаптеры NVMe предоставляют множество функций и возможностей, которые позволяют им быстро адаптироваться к широкому спектру платформ и приложений. Прочный материал корпоративного уровня, дизайн и конструкция облегчают плавную интеграцию и повышают удобство обслуживания на месте, что делает их идеальным решением для серверных сред и рабочих станций с интенсивным использованием данных AI, ML и LLM.

Встраивая адаптеры NVMe в свою систему, вы не просто добавляете хранилище, вы открываете новые возможности для управления данными, оптимизации производительности и будущего роста. Откройте для себя будущее систем хранения данных с помощью адаптеров NVMe и убедитесь, что ваша инфраструктура готова к требованиям завтрашнего мира, управляемого данными.

Более подробную информацию о NVMe-адаптерах можно получить в нашем интернет-магазине Raidshop.ru

Получайте новости с raidshop на почту


Получать спец. предложения компании о распродажах (1 раз в месяц в среднем)	Получать новости по мере выхода (1 раз в день в среднем) Получать еженедельный IT-дайджест новостей