Il n’est pas surprenant que la vitesse des NVMe soit impressionnante : un consortium de premier plan réunissant des fournisseurs de solutions de stockage et de serveurs a développé NVMe comme spécification d’interface hautes performances qui accélère les SSD NAND grâce au bus PCIe. L’interface logique des périphériques NVMe exploite la faible latence et le parallélisme des SSD pour améliorer les IOPS et le débit, tout en réduisant la latence.
Le protocole NVMe fournit une bande passante élevée et une faible latence, avec des améliorations spécifiques à la mémoire flash. Il prend en charge la mémoire flash NAND actuelle et pourra évoluer pour prendre en charge les futurs périphériques hautes performances reposant sur des technologies de mémoire persistante. Les vitesses des NVMe surpassent les performances des disques SATA et SAS qui les ont précédés, mais la vitesse n’est pas la seule raison d’envisager l’implémentation de SSD dans vos serveurs ou vos data centers. Ce guide présente à la fois les fonctionnalités et les limites des périphériques de stockage NVMe.
Aller à :
- Quelle est la vitesse des SSD NVMe ?
- Architecture NVMe
- 6 fonctionnalités qui accélèrent les NVMe
- 3 limites des NVMe
- NVMe-oF (NVMe over Fabrics)
- Comparaison de la vitesse des NVMe avec les autres types de SSD
- En résumé : la vitesse des NVMe
Quelle est la vitesse des SSD NVMe ?
NVMe (Non-Volatile Memory Express) est conçu pour un traitement de la mémoire beaucoup plus efficace et des vitesses de lecture/écriture supérieures. Il surpasse facilement les vitesses d’anciens protocoles de stockage comme les SATA et SAS. Parmi les principaux fournisseurs de SSD NVMe figurent Samsung, Kingston Technology, Crucial, Kioxia et Western Digital.
Jusqu’à 64 kfiles d’attente
NVMe est conçu spécifiquement pour la vitesse, avec une architecture qui utilise PCI Express. Les normes PCIe mappent les opérations via une mémoire partagée, simplifient les logiciels internes et optimisent les entrées-sorties avec jusqu’à 64 000 files d’attente.
Gain de vitesse par rapport aux anciens protocoles
Les fonctionnalités de NVMe le rendent nettement plus rapide que les SSD SAS et SATA traditionnels, sans parler des disques durs SAS/SATA. Ces vitesses sont souvent cinq à dix fois supérieures à celles des disques durs et des SSD SATA.
Débits de pointe
Certains des disques NVMe les plus rapides peuvent lire à 7 Go/s et écrire à 5-6 Go/s. Ces mêmes disques atteignent plus de 500 000 IOPS en lecture aléatoire et 500 000 IOPS en écriture.
En savoir plus sur les performances et les tarifs des SSD.
Architecture NVMe
NVMe utilise la norme de bus PCI Express d’un ordinateur ou d’un serveur pour connecter le SSD NVMe à l’unité centrale. Cet accès plus direct au processeur permet aux disques NVMe de contourner une étape de communication supplémentaire. Par exemple, les SSD SATA doivent utiliser le contrôleur SATA pour communiquer avec le processeur. Cette étape supplémentaire prend plus de temps, et les vitesses de lecture/écriture sont donc moins élevées. La communication plus directe des disques NVMe avec le processeur améliore la vitesse.
Les multiples threads d’un SSD NVMe améliorent également les performances. Les multiples threads d’un disque permettent le traitement en parallèle ; le disque de stockage peut effectuer plusieurs opérations à la fois. Cela est utile pour les ordinateurs et les serveurs qui exécutent simultanément des applications importantes.
La spécification NVMe est proposée sous forme de cartes d’extension PCIe de taille standard, ou dans un format 2,5 pouces avec une interface PCIe à quatre voies passant par un connecteur U.2. Très prisé pour sa facilité de déploiement, U.2 connecte les SSD à un hôte. Les disques NVMe U.2 disposent souvent de quatre voies PCIe, de deux voies SAS et d’une voie SATA afin d’offrir une large compatibilité d’interface dans le format 2,5 pouces.
La spécification de mini-cartes M.2 pour les formats PCIe, SATA ou USB constitue une norme courante pour l’utilisation des NVMe grand public. Les cartes M.2 sont disponibles en plusieurs tailles, y compris le plus petit encombrement PCIe disponible.
La capacité de stockage des disques NVMe commence à 450 Go pour les modèles grand public. Les capacités maximales atteignent actuellement environ 30 To dans les data centers, mais il s’agit du haut de gamme.
6 fonctionnalités qui accélèrent les NVMe
L’interface NVMe améliore les technologies précédentes, car elle est conçue pour prendre en charge des vitesses supérieures, améliorer les performances des serveurs et mapper les commandes plus efficacement. Ces fonctionnalités des SSD NVMe en font globalement des disques plus rapides que les anciens disques et les SSD SATA.
Parallélisme des SSD
L’architecture exploite le parallélisme des SSD afin de réduire la surcharge des entrées-sorties. Les disques durs, et les bandes magnétiques à plus forte raison, sont sensibles aux schémas d’accès. Les données séquentielles permettent de meilleures performances, tandis que les données aléatoires ralentissent l’accès aux données. Les SSD fonctionnent en parallèle : les données aléatoires ou séquentielles ont donc peu d’effet sur leurs performances.
Bus mis à jour
Les baies flash hybrides étaient souvent limitées, car les niveaux de SSD pouvaient atteindre des vitesses supérieures à celles prises en charge par les interfaces de stockage des disques durs. L’informatique compensait jusqu’à un certain point avec des processeurs multicœurs et beaucoup de mémoire vive. Mais il est plus efficace et moins coûteux de déployer NVMe, conçu pour tirer parti des vitesses des SSD. NVMe exploite le bus et la norme PCIe, qui peuvent utiliser plusieurs voies pour transmettre les données.
Améliorations des performances
Les améliorations supplémentaires de NVMe incluent la capacité à prendre en charge une file unique de 64 kfiles et à traiter environ 64 000 de ces longues files simultanément. Associée à la réduction de la latence, cette capacité accélère les performances des serveurs fortement sollicités qui traitent des requêtes simultanées.
RDMA
NVMe utilise l’accès direct distant à la mémoire (RDMA) via le bus PCIe. L’interface peut ainsi mapper les commandes et les réponses d’entrées-sorties vers la mémoire partagée de l’hôte, ce qui libère des ressources processeur. NVMe simplifie également son jeu de commandes et émet moins de la moitié des instructions processeur de SATA ou SAS.
Tampon mémoire du contrôleur
Le tampon NVMe permet à l’hôte de formuler les commandes dans la mémoire du contrôleur au lieu de dépendre de commandes de récupération via le bus PCIe. NVMe transmet des blocs mémoire plutôt que des commandes SCSI, ce qui réduit la latence. NVMe arbitre également les commandes prioritaires en observant les paramètres des accords de niveau de service.
Réservations
NVMe prend en charge les réservations multi-hôtes dans les clusters Windows, qui coordonnent l’accès des hôtes en gérant des espaces de noms partagés.
3 limites des NVMe
Les disques basés sur NVMe sont extrêmement avantageux pour les opérations exigeant de fortes vitesses, mais leur achat et leur déploiement ne sont pas simples, en particulier pour les grandes entreprises ayant d’importants besoins de traitement. Les limites de NVMe incluent le coût, l’absence de prise en charge par certains systèmes et la conception.
Coût
Le stockage basé sur NVMe est plus coûteux que les autres périphériques de stockage. De manière générale, les SSD M.2 et U.2 coûtent plus cher que les disques durs. Ces dernières années, l’écart de prix entre les disques NVMe et les autres disques s’est réduit, et les SSD NVMe sont devenus plus abordables. Mais pour de très gros volumes de données, les disques haute capacité restent extrêmement coûteux. Vous payez les hautes vitesses, ce qui n’est pas raisonnable pour beaucoup d’entreprises, notamment pour de grandes quantités de données d’archives.
Absence de prise en charge par les systèmes
De nombreux systèmes informatiques et serveurs anciens ne prennent pas en charge les protocoles NVMe. Si le matériel de votre data center n’est pas compatible avec les disques flash M.2, U.2 ou E.1, NVMe n’est pas pertinent. Développer des systèmes compatibles avec tous les SSD prend du temps, et NVMe est un protocole relativement récent.
Conception et capacité
De nombreux disques NVMe populaires ne sont tout simplement pas conçus pour les grands data centers. Les SSD M.2 dont on parle tant sont plutôt conçus pour les systèmes de jeu et autres besoins grand public, ou pour l’équipe informatique d’une petite start-up. Mais, pour l’essentiel, les SSD NVMe populaires ne sont pas adaptés au stockage de grandes quantités de données. La capacité de stockage des disques M.2 s’étend généralement de 400 Go à 8 To, mais 8 To représentent le très haut de gamme et les disques de cette capacité sont coûteux.
Certains fournisseurs ont commencé à fabriquer des disques spécifiques aux data centers. Le format standard pour l’entreprise et les data centers (EDSFF) est spécialement conçu pour les cas d’usage professionnels. Mais les disques de plus grande capacité restent coûteux. L’utilisation de nombreux disques NVMe de niveau entreprise est coûteuse, voire tout simplement irréalisable, pour la majorité des entreprises.
NVMe-oF (NVMe over Fabrics)
NVMe over Fabrics est un protocole relativement récent qui rend les périphériques NVMe accessibles sur un réseau. Il est utile dans les environnements de data center où les données doivent circuler rapidement entre différents environnements. La norme NVMe-oF a été publiée pour la première fois en 2016 et n’est pas encore une technologie largement utilisée dans les data centers.
Malgré tous les avantages de NVMe en matière de performances, sa vitesse dépend d’une connexion directe à un hôte individuel. Un contrôleur de stockage est indispensable pour le stockage partagé ; il gère l’allocation de capacité, une partie de la protection des données, l’adressage physique et les traductions de protocoles. Mais l’ajout d’un contrôleur de stockage ralentit NVMe, ce qui remet en cause la justification de son coût élevé.
NVMe-oF permet de résoudre ce problème. La spécification autorise les commandes NVMe basées sur des messages à transférer les données via Ethernet, Fibre Channel (FC) ou des fabrics InfiniBand, sans passer par les contrôleurs de stockage lents. Les administrateurs du stockage peuvent retirer le SSD NVMe du serveur et le connecter via le fabric. Les services de stockage SSD distants fonctionnent à la vitesse d’un transfert mémoire à mémoire, avec une latence extrêmement faible.
La spécification utilise RDMA pour InfiniBand, Ethernet convergent et Internet Wide Area. Elle utilise une méthode différente pour le transport sur Fibre Channel.
En savoir plus sur les origines de NVMe over Fabrics.
Comparaison de la vitesse des NVMe avec les autres types de SSD
Ce tableau compare les vitesses séquentielles de lecture et d’écriture des disques basés sur NVMe et des disques SATA. Les SSD basés sur NVMe sont systématiquement plus rapides, mais les vitesses varient considérablement, même entre ces disques.
| Format/spécification | Capacité | Vitesse de lecture séquentielle maximale | Vitesse d’écriture séquentielle maximale | |
|---|---|---|---|---|
| SSD basés sur NVMe | ||||
| Samsung PM9A3 | U.2 | 3,84 To | 6 900 Mo/s | 4 100 Mo/s |
| Kingston DC15000M | U.2 | 3,84 To | 3 300 Mo/s | 2 700 Mo/s |
| Kioxia XD6 Series | E1.S | 3,84 To | 6 500 Mo/s | 2 350 Mo/s |
| SSD SATA | ||||
| Kingston Technology DC450R | 2.5″ | 3,84 To | 560 Mo/s | 530 Mo/s |
| Seagate Nytro 1361 | 2.5″ | 3,84 To | 530 Mo/s | 500 Mo/s |
Les vitesses de lecture et d’écriture indiquées sont fournies par le fabricant du matériel et représentent les meilleurs débits possibles dans des conditions idéales. Notez qu’elles peuvent ne pas refléter fidèlement les performances quotidiennes dans des conditions normales de data center.
En savoir plus sur les différences entre NVMe et SATA.
En résumé : la vitesse des NVMe
Les SSD basés sur NVMe sont optimisés pour traiter rapidement les données et offrent de meilleures performances que leurs prédécesseurs. Mais ils ne sont pas adaptés à tous les cas d’usage du stockage. En fonction des besoins de votre entreprise, un SSD NVMe n’est peut-être pas le bon choix si :
- Vous stockez d’importants volumes de données qui doivent être rapidement accessibles.
- Vous n’avez pas le budget nécessaire pour plusieurs disques NVMe.
- Vous devez déployer un stockage d’archives.
En outre, avant de mettre en œuvre un stockage NVMe, assurez-vous que votre matériel de stockage actuel le prend en charge. Vous ne voulez pas vous retrouver dans une situation où les solutions de stockage ne fonctionnent pas ensemble ; cela pourrait freiner les opérations de mise à l’échelle à l’avenir.
Pour les systèmes de stockage plus petits, prenant en charge une ou deux applications critiques, un disque NVMe hautes performances peut être une bonne solution. Dans le stockage de données, il n’est pas toujours préférable de se précipiter sur la dernière tendance, mais avec une réflexion approfondie et un cas d’usage adapté, le stockage NVMe peut en valoir la peine.
Votre entreprise envisage-t-elle un nouveau SSD ? Découvrez les meilleurs disques SSD ensuite.
Cet article a été mis à jour en mars 2023 par Jenna Phipps.