Maggiore velocità per gli SSD con il protocollo NVMe

Sebbene il numero delle vendite dei solid-state-drive, meglio noti come SSD, sia in costante crescita e ci si aspetta un ulteriore incremento anche per il futuro, gli hard disk tradizionali sono ben lontani dal loro declino. Gli esperti di Gartner prevedono che per la prima volta quest’anno i ricavi totali generati dalla vendita di SSD supereranno di gran lunga quelli generati dagli HDD. Anche se non tutti gli esperti del mercato accettano questa previsione, molti concordano sul fatto che gli SSD continueranno il loro slancio positivo sul mercato. Alcuni giornalisti affermano che la battaglia tra HDD e SSD sia quindi già terminata con una vittoria a favore dei solid-state-drive. La ragione dietro al successo dei chip SSD è piuttosto evidente: la maggiore velocità di lettura e scrittura.

Sebbene all’inizio gli SSD fossero utilizzati solo su pc laptop e alcuni dei computer desktop più semplici, ora sempre più produttori li utilizzano anche nei server e sistemi di storage high-end.  Questo perchè il prezzo dei drive è diminuito drasticamente in questi ultimi anni, quindi il primo grande divario di prezzo tra HDD e SSD è oggi quasi inesistente.

Il semplice utilizzo di SSD NAND-FLASH – o altri chip basati su moderne memorie non volatili – non è ancora sufficiente per aumentare le performance dello storage o del server.

Migliori performance I/O (input/output) possono essere raggiunte solo quando vengono utilizzati anche protocolli di interfaccia avanzati.

Cos'è il protocollo NVMe

Questo è il punto in cui entra in gioco l’NVMe. Fin dall’introduzione degli SSD sul mercato, il concetto di indirizzamento e salvataggio dei dati sugli hard disk tradizionali si basava su una semplice procedura: ogni blocco di dati avrebbe dovuto essere individuato, indirizzato e quindi salvato o copiato successivamente. Nello specifico questo concetto funzionava bene con le testine di lettura/scrittura degli HDD tradizionali. Il modo in cui le testine di lettura/scrittura accedono ai dati è il seguente: le informazioni vengono individuate sul disco e la testina si muove su quel punto. I dati vengono quindi letti e trasferiti tramite uno specifico protocollo sviluppato ad hoc per questa procedura.  Tramite l’interfaccia parallel ATA e l’IDE bus era possibile trasferire i dati in pacchetti da 16 bit. Tuttavia queste 16 linee di dati ATA ponevano dei problemi di trasferimento dei dati: l’asincronia delle linee e l’indesiderata mutua interferenza tra queste. Di conseguenza è stata introdotta la serial ATA (SATA): con questa interfaccia una sola linea di dati viene utilizzata per il trasferimento bit per bit. Con le CPU e le RAM sempre più veloci, la velocità di trasferimento dati attraverso queste vecchie interfacce e standard è una delle principali bottleneck.

Con la maggiore richiesta di software in grado di consentire un accesso quasi istantaneo ai dati, di calcolare e memorizzare grossi volumi di dati (Big Data) i rate di input/output (I/O) sono ancora più importanti.

Se l’utilizzo di protocolli di trasmissione dati tramite interfaccia SATA (basata su set di comandi ATA) e SAS (basata su SCSI) ha funzionato bene per più di 15 anni ora questo approccio non è più funzionale. La ragione è molto semplice: è possibile che la logica dietro ai sistemi operativi possa “vedere” in una sola volta tutti i contenuti salvati su singolo chip o su diversi chip di un SSD.  Inoltre, mentre prima con l’interfaccia SATA era possibile eseguire un comando in coda alla volta, il nuovo protocollo NVMe permette la gestione simultanea di 65000 comandi in coda (SAS gestisce 254 comandi, SATA invece 32).

NVMe è uno standard collegato tramite PCI express (Peripheral Component Interconnect Express). Il principale beneficio di questo standard è che dispone di una larghezza di banda maggiore rispetto a SATA e SAS: mentre l’interfaccia SATA III fornisce 6 Gbps e 600 Mbps di capacità di trasmissione e SAS 12Gbps e 8 Gbps, NVMe offre una capacità di trasferimento dati di circa 1 Gbps per canale – che significa 16 Gbps in una configurazione di 16 canali.

Con questo miglioramento delle prestazione di I/O e di capacità di trasmissione è evidente che i sistemi di storage dotati di SSD basati su interfaccia NVMe dovrebbero essere immuni da sovraccarichi e degrado di performance dovuti alle eccessive richieste di I/O.

Questa è la ragione per cui ad esempio le card SSD PCIe con protocollo NVMe stanno riscuotendo grande successo sul mercato. Sviluppate specificatamente per i cosidetti sistemi di storage ALL-FLASH molte di queste card sono integrate negli storage e nei sistemi server e permettono di archiviare e accedere ai dati in modo ancora più rapido rispetto al passato, con ulteriori miglioramenti per il futuro. I produttori di storage SSD basati su interfaccia SATA e SAS stanno combattendo duramente contro questo nuovo “avversario” e sono ben lontani dal gettare la spugna. Molte SSD vengono messe sul mercato con configurazioni basati ancora su vecchi standard. Gli NVMe probabilmente vinceranno questa sfida nel lungo periodo per cui, se ancora non lo avete fatto, vi suggeriamo di effettuare un upgrade del vostro sistema di storage ai nuovi standard NVMe.