Mundo profesional | Noticias | 23 MAR 2021

NVMe sobre TCP: cómo potencia el almacenamiento de las SSD utilizando redes IP estándar

Para obtener el máximo rendimiento del almacenamiento, NVMe/TCP marca el siguiente paso en las redes SSD.
almacenamiento
John Edwards

Poco después de que los centros de datos comenzaran la transición de los discos duros a las unidades de estado sólido (SSD), llegó el protocolo NVMe para dar soporte a las SSD PCIe de alto rendimiento y conexión directa. A NVMe le siguió NVMe over Fabrics (NVMe-oF), que se diseñó para admitir eficazmente grupos de SSD remotos a hiperescala, sustituyendo de hecho al almacenamiento de conexión directa (DAS) para convertirse en el protocolo por defecto para el almacenamiento desagregado dentro de una infraestructura de nube.

Más recientemente, NVMe sobre TCP ha llegado para proporcionar una tecnología NVMe-oF más potente, prometiendo un alto rendimiento con menores costes de despliegue, así como una menor complejidad de diseño. En esencia, NVMe sobre TCP extiende NVMe a todo el centro de datos utilizando el simple y eficiente tejido TCP/IP.

"Tener la capacidad de comunicarse con un gran ancho de banda con baja latencia, al tiempo que se gana la separación física entre las matrices de almacenamiento, y luego agregar una red conmutada normal que incorpora el protocolo TCP para el transporte, es un cambio de juego", dice Eric Killinger, director de TI en la firma de asesoría de negocios y tecnología Capgemini en América del Norte. "Los hiperescaladores de la nube ya están adoptando esta tecnología, sustituyendo tecnologías SSD de dos y tres años de antigüedad para permitir un mayor acceso de consulta para la analítica de datos y el IoT", afirma.

 

Antecedentes: aparición de NVMe y NVMe-oF

El almacenamiento recibió un enorme impulso de velocidad cuando llegaron las primeras matrices construidas con unidades SSD NVMe, pero los dispositivos seguían hablando con los servidores a través de una conexión de host basada en SCSI. Los despliegues de NVMe-oF pueden soportar el acceso remoto directo a la memoria (RDMA) para dispositivos de almacenamiento en bloque basados en NVMe a través de tejidos conmutados.

NVMe-oF puede utilizarse en diferentes tipos de transportes de red, como Fibre Channel (FC), Ethernet e InfiniBand. Dentro de Ethernet, existen diferentes opciones de transporte, como RDMA sobre Ethernet convergente (RoCE) e iWARP, además de TCP.

El inconveniente es que las opciones FC, InfiniBand, RoCE e iWARP requieren adaptadores de bus de host y controladores personalizados, lo que hace que sean difíciles y costosas de implementar y mantener. Además, la mayoría de las principales variantes de Linux incluyen ahora un controlador de NVMe sobre TCP en su distribución estándar.

Tanto RoCE como iWARP son compatibles con RDMA, mientras que FC y TCP no lo son. Esta capacidad de soportar RDMA permite una latencia ligeramente inferior, aunque todos los enfoques consiguen ofrecer una mejora de rendimiento significativa respecto a las tecnologías de redes de almacenamiento basadas en SCSI, como Fibre Channel (FC) e iSCSI.

 

Implantación y uso de NVMe/TCP

Una de las principales razones para adoptar NVMe/TCP es proporcionar una solución de almacenamiento compartido de baja latencia. Para la mayoría de las organizaciones, la elección final del transporte vendrá dada por la tecnología ya desplegada o por los requisitos de rendimiento a escala. Si una empresa ya tiene una red FC, es relativamente fácil instalar NVMe-oF en ella, como ya hacen muchas organizaciones. Sin embargo, la mayoría de los despliegues comerciales de nueva creación optarán por Ethernet, y TCP acabará ganando.

En cuanto a las aplicaciones, es probable que veamos una gran cantidad de NVMe sobre TCP en el tiempo para las cargas de trabajo de análisis de Big Data impulsadas por AI/ML, particularmente si son de naturaleza en tiempo real.

Aunque la adopción de la analítica de Big Data impulsada por la IA/ML está creciendo, el campo está todavía en una fase relativamente incipiente. De forma más inmediata, NVMe/TCP está ganando tracción en entornos con despliegues de almacenamiento ultra grandes basados en flash, particularmente cuando grandes grupos de datos de baja latencia deben ser rápidamente accesibles a través de las inversiones existentes en redes conmutadas de gran ancho de banda.

"Los hiperescaladores son un consumidor natural de esta tecnología, ya que permite un acceso a los datos a la velocidad del rayo y permite distribuir los datos en varios centros de datos, proporcionando beneficios de red eléctrica, refrigeración y arquitectura de alta disponibilidad localizada sin los costes añadidos que conllevan las construcciones normales de redes de fibra óptica", afirma Killinger.

NVMe/TCP también puede permitir a quienes lo adopten aprovechar las inversiones existentes en tecnologías de redes conmutadas que ya son un producto básico y están disponibles en muchos OEM. "El coste por puerto para conectar múltiples puertos Ethernet conmutados de 10G en comparación con Infiniband o Fibre Channel por sí solos, hace que se aprovechen las implementaciones de la pila TCP de NVMe", reconoce Killinger.

Muchos de los que adoptan el almacenamiento de gama alta ya están comprometidos con las redes de almacenamiento FC, y ya han actualizado, o están planeando actualizar, a RoCE. Sin embargo, es probable que esta situación cambie en los próximos años.

A medida que la infraestructura de almacenamiento se desplace cada vez más hacia el almacenamiento de estado sólido, y los clientes se preocupen más por la eficiencia de la infraestructura, NVMe sobre TCP será el claro ganador sobre SCSI y será barato y fácil de implementar.

 

Disponibilidad de NVMe sobre TCP

NVMe y sus especificaciones pertenecen y son mantenidas por NVM Express, Inc. un consorcio de empresas de redes, almacenamiento y otras relacionadas con la informática. La especificación NVMe, publicada en 2011, define cómo el software del host se comunica con la memoria no volátil a través de un bus PCI Express (PCIe) y es ahora el estándar de la industria para los SSD PCIe en todos los factores de forma. NVMe/TCP fue ratificado por el consorcio NVM Express en 2018.

En la actualidad, la compatibilidad con NVMe/TCP está disponible principalmente en los proveedores de redes, como Mellanox Technologies (ahora propiedad de NVIDIA), así como en un puñado de startups de almacenamiento, como Lightbits Labs, Excelero, Pavilion Data e Infinidat. El fabricante de chips SSD Kioxia (antes parte de Toshiba) también es compatible con NVMe sobre TCP; y se espera que la disponibilidad de NVMe/TCP crezca rápidamente en los próximos años.

Un obstáculo actual para la adopción a corto plazo y a gran escala de NVMe-sobre-TCP es también una razón por la que es probable que se convierta en un éxito a largo plazo. "La mayoría de las organizaciones de TI están experimentando al menos con los servicios de la nube pública, con estimaciones de más del 90% de las empresas que tienen alguna presencia en una o más nubes públicas", afirma Killinger. Mientras tanto, las tasas de actualización de TI tienden a la baja, y muchas organizaciones no están presupuestando fondos suficientes para actualizar sus envejecidas infraestructuras de almacenamiento con tecnologías NVMe de alta gama. "Sin embargo, algunas de estas mismas empresas están buscando proveedores de servicios en la nube pública para reemplazar sus servicios de TI corporativos, y ahí es donde NVMe sobre TCP prosperará, creciendo muchas veces más de lo que el poder adquisitivo de las TI corporativas jamás podría", señala.

 



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