Протокол будущего в условиях настоящего: NVMe-перспектива рынка СХД
В современной экономике данных роль качества процессов обработки информационных массивов сложно переоценить. Протоколы передачи данных должны опережать потребности рынка, формируя фундамент жизненного цикла корпоративных дата-сетов. О критической роли протокола NVMe в этом процессе рассказывает Алексей Хорохордин, руководитель отдела управления проектами компании «Аэродиск».
Анатомия протокола
NVMe (Non-Volatile Memory Express) – протокол, разработанный для доступа к энергонезависимой памяти (NAND flash, SSD) через высокоскоростные интерфейсы, такие как PCIe. Он был представлен в 2011 году консорциумом технологических компаний, включая Intel, Samsung и Dell, с целью замены устаревающих SATA и SAS, которые не могли в полной мере использовать потенциал современных SSD.
Сегодня NVMe обеспечивают высокую производительность и минимальные задержки при передаче данных. Величина задержки составляет 0,1-0,2 миллисекунду, пропускная способность – до нескольких гигабайт в секунду в зависимости от версии PCIe, тогда как в SATA и SAS этот показатель существенно ниже (до 600 МБ/с для SATA III). Поддержка многопоточности позволяет NVMe обрабатывать тысячи операций ввода вывода параллельно, протокол также отличает энергоэффективность.
NVMe-oF (NVMe over Fabrics) является расширением NVMe, предназначенным для работы по сетевым интерфейсам, таким как Ethernet, InfiniBand и Fibre Channel. Этот стандарт был представлен в 2016 году для решения задачи удаленного доступа к высокопроизводительным SSD. NVMe-oF сохраняет ключевые преимущества NVMe, и добавляет такие возможности, как масштабируемость и гибкость.
Это позволяет объединять множество устройств хранения в единую систему и поддерживает различные типы сетей, включая RDMA и TCP/IP. В отличие от NVMe, который работает локально через PCIe, NVMe-oF требует дополнительных компонентов, таких как адаптеры и коммутаторы, для организации удаленного доступа.
Ключевым фактором, определяющим стабильность системы на NVMe, становится программное обеспечение, которое должно эффективно работать с аппаратной частью и корректно обрабатывать логические ошибки. Задача вендоров ПО заключается в том, чтобы адаптировать свои решения для работы с NVMe-оборудованием, обеспечивая управление ошибками и максимальную отказоустойчивость в процессе эксплуатации.
Где, кому и зачем
Ключевые характеристики NVMe делают технологию идеальной для задач, требующих высокой производительности, таких как работа с СУБД, виртуализация, обучение искусственного интеллекта, создание облачных инфраструктур и разработка современных ИТ-продуктов.
Типичные сценарии использования NVMe в бизнесе сегодня включают высокопроизводительные вычисления, где технология применяется в суперкомпьютерах и для обработки больших данных, ускорение транзакций и аналитических запросов в базах данных, повышение производительности виртуальных машин и контейнеров в виртуализированных средах, а также быструю загрузку и обработку данных в мультимедиа, а также в играх. В корпоративных системах хранения NVMe используется для ускорения работы критически важных приложений.
Что касается NVMe-oF, то его основные применения связаны с созданием распределенных систем хранения для центров обработки данных, ускорением доступа к данным в облачных средах, обработкой больших данных в реальном времени, резервным копированием и восстановлением, а также организацией конвергентных инфраструктур, объединяющих вычислительные и хранилищные ресурсы.
Перспективы NVMe
За несколько лет своего существования протокол прошел через несколько успешных ревизий, а его текущая версия останется актуальной на горизонте ближайших пяти лет как мнимум. Это подтверждается как стабильностью стандарта, так и активным развитием новых форм-факторов дисков, оптимизированных под NVMe.
Одним из ключевых факторов, способствующих распространению NVMe, стало значительное снижение стоимости SSD по сравнению с HDD. На сегодняшний день разница в стоимости хранения между этими типами накопителей стала минимальной, что делает SSD, а вместе с ними и NVMe, все более доступными для широкого круга пользователей.
При этом NVMe постепенно вытесняет устаревающий протокол SAS SSD, и, по оценкам экспертов, в течение ближайших трех-пяти лет он может полностью сойти с арены.
В России вопрос внедрения NVMe приобретает особую актуальность в свете текущих экономических и технологических вызовов. Цифровизация, импортозамещение и цифровой суверенитет – все это диктует необходимость собственных полноценных решений all-flash/all-NVMe, которые сейчас на отечественном рынке представлены преимущественно параллельным импортом.
Однако уже в ближайшие один-два года ожидается активное развитие, выпуск и сертификация аналогичных СХД российскими вендорами. Это связано как с растущим спросом на высокопроизводительные системы хранения, так и с необходимостью соответствия требованиям госзакупок.
Технологические вызовы
Российские производители уже сегодня демонстрируют значительные успехи в разработке ключевых компонентов для систем хранения данных, таких как материнские платы и корпуса. Однако чипы памяти и некоторые другие элементы пока остаются зависимыми от импорта. В то же время производство NVMe-дисков на территории страны представляется вполне реалистичной задачей, особенно если к этому процессу подключатся крупные игроки.
Уже в ближайшем будущем можно ожидать появления цельных конечных продуктов от отечественных вендоров, что позволит им не только укрепить свои позиции, но и успешно пройти сертификацию для включения в реестр Минпромторга. Это открывает новые возможности для локализации производства и снижения зависимости от импортных решений.
С технической точки зрения принципиально новых прорывов на горизонте протоколов передачи данных не ожидается. Основное развитие NVMe связано с совершенствованием уже существующих технологий, таких как PCI Express. Каждая новая ревизия этого интерфейса обеспечивает линейный рост производительности, что позволяет NVMe соответствовать растущим требованиям к скорости передачи данных.
Например, если ранее Ethernet поддерживал скорости 10-40 Гбит/с, то сегодня показатели в 100, 400 и даже 800 Гбит/с становятся все более распространенными. Ограничений для дальнейшего роста практически нет, и протокол NVMe будет продолжать эволюционировать, адаптируясь к этим изменениям.
Вопрос заключается в том, насколько эффективно программное обеспечение сможет использовать его возможности. На данный момент протокол полностью удовлетворяет требованиям по количеству очередей, команд, параллелизму и числу подключений.
Проблема перехода
Однако переход на NVMe для инфраструктур, которые долгое время строились на основе Fibre Channel или iSCSI, останется крайне сложной задачей.
Одной из ключевых проблем при переходе на NVMe является совместимость. Поскольку этот протокол принципиально отличается от предыдущих решений, межпротокольное взаимодействие невозможно. В случае обновления инфраструктуры компаниям придется строить параллельные контуры, что требует значительных ресурсов и времени. Это особенно актуально для крупных проектов, где такой переход становится стратегическим решением.
В ближайшие 3-4 года риски упущенных возможностей из-за отсутствия NVMe в инфраструктуре минимальны. Однако для ЦОДов и облачных инфраструктур, которые проектируются с расчетом на удовлетворение требований заказчиков в перспективе следующих 5-7 лет, ситуация выглядит иначе.
Устаревающие протоколы, такие как Fibre Channel и iSCSI, постепенно теряют актуальность, и в долгосрочной перспективе тотальный переход на NVMe станет неизбежным. Наилучшей стратегией в таких условиях является плавный переход, позволяющий минимизировать риски и обеспечить стабильность работы систем.
Экосистема NVMe
Формирование экосистемы вокруг NVMe является важным этапом внедрения и распространения протокола и построенных на нем технологических решений. Уже сегодня наблюдается активный спрос на специалистов, способных работать с этой технологией, а также на совместимые и нативные решения.
На практике вендоры операционных систем и решений для виртуализации активно запрашивают поддержку NVMe, что подчеркивает его значимость для рынка. С ростом потребностей в таких решениях будет увеличиваться и число квалифицированных специалистов.
Переквалификация с одного технологического стека на другой, а также обучение новых кадров не представляют собой сложной задачи. Для специалистов с хорошим бэкграундом и опытом работы в отрасли этот процесс занимает несколько месяцев, что делает адаптацию NVMe в скилл-сет доступной для широкого круга профессионалов.
NVMe не ограничивается исключительно high-end сегментом. Уже сейчас ведутся работы над решениями для mid-range, что подтверждает универсальность протокола. Сама технология не привязана к какому-либо конкретному сегменту рынка. Сегодня идет активная разработка решений, которые могут быть использованы в гибридных системах, где не все компоненты работают на NVMe.
На рынке РФ началась гонка за лидерство в сегменте, где ключевым фактором становится не просто выпуск NVMe-решений «для галочки», а создание полноценных продуктов, способных заменить параллельный импорт. При этом важно сохранить конкурентоспособный ценник, чтобы обеспечить широкое внедрение технологии для всех отраслей.
