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Warum man sich auf NVMe over FC vorbereiten sollte

Innerhalb der NVMe-Spezifikation wird der Industriestandard für NVMe over FC beziehungsweise FC-NVMe – der nächste Baustein beim Zuschnitt künftiger Rechenzentren.

Sind Sie bereit für die nächste Welle der Innovation für IT-Infrastrukturen? Die Fibre Channel Industry Association hat kürzlich den Industriestandard für Non-Volatile Memory Express über FC veröffentlicht. Als Teil der größeren NVMe-over-Fabrics-Spezifikation stellt NVMe over FC, mitunter auch FC-NVMe genannt, einen entscheidenden Schritt in die Zukunft des Rechenzentrums dar.

Die NVMe-Technologie gibt es seit 2011. Im Gegensatz zu herkömmlichen Speicherschnittstellenprotokollen wie SAS oder SATA bietet NVMe vor allem eine geringere Latenzzeit bei Flash-Speichermedien. Die NVMe-Technologie, die für den Betrieb über eine PCI Express-Transportschicht entwickelt wurde, beschränkt sich hauptsächlich auf interne NVMe-basierte Server-SSDs oder DAS (Direct Attached Storage).

Mit dem NVMe-over-FC-Standard gibt es nun eine einheitliche Beschreibung der NVMe-Datenübertragung über ein Fibre-Channel-SAN. FC erhöht einerseits erheblich die Einsatzbereiche von NVMe und verbessert andererseits die Leistung von FC-SANs.

FC-NVMe und bestehende FC SAN-Infrastrukturen

FC-NVMe ist ein großer Schritt vorwärts, aber es gibt noch viel zu tun. Der FC-NVMe-Standard ist sicherlich ein Meilenstein. Doch es gibt noch einige Aufgaben, die von der Veröffentlichung eines Standards bis zur kommerziellen Verfügbarkeit neuer Speichersysteme für die Unternehmensanwender gelöst werden müssen. Schließlich sollen die ja auch von vorn bis hinten funktionieren. Zu diesem Zweck veranstaltet die Fibre Channel Industry Association (FCIA) mehrere „Plugfest-Events“, um Anbieter von FC-Technologie – wie die Hersteller von Host-Bus-Adaptern, Switches und Speichersystemen – davon zu überzeugen, ihre Geräte in Multi-Vendor-Umgebungen zu testen. Mit den Tests soll gesichert werden, dass alles entsprechend dem Standard funktioniert. Auch wenn diese Aktivitäten seitens des Standardisierungsgremiums wichtig sind, werden auch eigene Tests der Hersteller auf Produktebene benötigt.

Darüber hinaus arbeitet die FCIA bereits an der Spezifikation FC-NVMe-2, die das Protokoll um eine Transportfehlerbehebung auf FC-Ebene erweitert. Diese soll Verbindungsabbrüche vermeiden. FC-NVMe-2 verbessert somit wahrscheinlich die Stabilität von FC-NVMe-Systemen, so dass sie besser in der Lage sind, Data-Path-Fehler zu verarbeiten. Early Adopters müssen mit den Firmware-Versionen der Komponenten auf dem Laufenden bleiben, um während der Weiterentwicklung der Norm immer die neuesten Funktionen nutzen zu können. Außerdem müssen sie Komponenten in ihren spezifischen Workload-Umgebungen gründlich testen, bevor sie in die Produktion gehen.

End-to-End-NVMe over FC ist in Sicht. FC-NVMe gibt IT-Anbietern Regeln an die Hand, mit denen sie Verbindungsabbrüche beheben können, die bei Interoperabilitätstests auftreten. Mit den gegenwärtig geltenden Regeln wird erwartet, dass die Anbieter ihre Produkte in Kürze auf den Markt bringen werden.

FC-NVMe stellt den IT-Herstellern ein Regelwerk zur Verfügung, mit dem sie unter anderem Verbindungs-Abbrüche auflösen können, die bei Interoperabilitäts-Tests auftreten.

Einige Anbieter haben sich jedoch die Roadmap von FC-NVMe genauer angesehen und wollen ihre Systeme noch vor der Verabschiedung der Norm ausliefern. So kündigte NetApp beispielsweise vor der Veröffentlichung des Standards ein NVMe-over-Fabrics- (NVMe-oF)-Produkt mit den Geschäftsbereichen Brocade und Emulex von Broadcom an. Vexata kündigte die Unterstützung von NVMe-oF für mehrere Transportprotokolle, einschließlich FC, an.

Es gibt auch schon Speicher-Arrays, die NVMe-oF-fähig sind, einschließlich FC-NVMe-Arrays. Dell EMC hat mit PowerMax ein NVMe-oF-fähiges Speichersystem vorgestellt. IBMs FlashSystem unterstützt bereits NVMe über InfiniBand, wobei voraussichtlich weitere Protokolle in Kürze folgen werden. Pure Storage hat die neuen FlashArray//X-Systeme herausgebracht, die End-to-End-NVMe-fähig und NVMe-oF-ready sein sollen. So sieht es auch bei Kaminario mit dem K2.N-System und bei Western Digitals Tegile-Sparte mit der IntelliFlash N-Serie aus.

Wenn die Hersteller noch nicht bekannt gegeben haben, dass sie den neuen Standard unterstützen, arbeiten Sie intensiv an Geräten mit FC-NVMe. Hitachi Vantara bietet beispielsweise NVMe in seiner hyperkonvergenten Unified Compute Platform an und sieht NVMe auch in anderen Geräten seines Portfolios an Speichersystemen.

Achten Sie auf die spezifischen Komponenten: Speichersysteme, Switches und Host-Bus-Adapter sind wichtige Bestandteile, aber es sind auch andere Komponenten zu berücksichtigen. Das Betriebssystem muss zum einen auch FC-NVMe unterstützen. SUSE Linux hat es schon, aber FC-NVMe ist noch in den Plänen für andere Betriebssysteme. Überprüfen Sie zum anderen die Multi-Pathing-Software. Die gute Nachricht ist dort, dass NVMe Storage-Anbieter Leistungsvorteile erzielen, selbst wenn sie in traditionellen FC-SANs laufen. Das heißt, Leistungsvorteile könnten unter Umständen schon realisiert werden, während andere Komponenten langsam nachgerüstet werden. Early Adopters sollten berücksichtigen, dass viele Updates erforderlich sein können, wenn immer mehr FC-NVMe-Geräte in einer Infrastruktur hinzugefügt werden und dass es viele Updates geben wird, um in der frühen Marktphase Probleme in den Lösungen zu beheben.

Neue Infrastruktur erforderlich?

Niemand hat die Absicht, eine Infrastruktur zu zerstören oder zu ersetzen. In diesem Wissen hat FCIA FC-NVMe so konzipiert, dass es sich in die bestehende SAN-Fabric-Infrastruktur einfügt – keine neue Hardware oder Infrastrukturinvestition erforderlich. Dies ist für aktuelle FC SAN-Umgebungen, die wahrscheinlich bereits NVM-fähig sind, von großem Vorteil.

NVMe ersetzt den SCSI-Befehl in der FC-Nutzlast. Somit verhält sich FC-NVMe ähnlich wie SCSI über Fibre Channel. Die NVMe-Technologie arbeitet mit SAN-Zoning, und der FC Name Server innerhalb einer Fabric kann NVMe-over-FC-Ports identifizieren. So kann ein einzelner Name Server alle Ports im Fabric und die Art der unterstützten Protokolle kennen, was die Verwaltung einer gemischten Protokollumgebung vereinfacht.

Wie gemischte Umgebungen dann tatsächlich unterstützt werden, wird natürlich variieren. Fragen Sie deshalb die Lieferanten sehr gründlich. Auch wenn Speicher- und Netzwerkprodukte der älteren Generation FC-NVMe unterstützen können, profitieren die neueren Geräte wahrscheinlich am meisten von der neuen Spezifikation. Broadcom behauptet zum Beispiel, dass seine Brocade Gen-6-Switches über eine Softwareoptimierung zur Reduzierung der Latenzzeiten und integrierte Netzwerksensoren verfügen. Sie sollen einen besseren Einblick in den Zustand des Netzwerks und die Leistung des NVMe-Traffics bieten.

Die Zukunft des Rechenzentrums

NVMe-over-FC wird höchstwahrscheinlich die Leistung von Fibre-Channel-SAN-Umgebungen verbessern. Infolgedessen sollten Anwendungen einen Leistungsschub erfahren. SANs werden effizienter, was die Lebensdauer der bestehenden Infrastruktur verlängert und wahrscheinlich die TCO verbessert.

Eine Frage bleibt offen: Reicht die Leistungssteigerung aus, um Workloads mit internen NVMe-SSDs zu bedienen? SAN-Architekturen weisen seit jeher eine Reihe von Vorteilen gegenüber internem Serverspeicher und DAS auf, wie zum Beispiel Verbesserungen bei der Verwaltung, dem Datenschutz und der Effizienz der Infrastruktur. Eine Reihe von neuen Workloads, die extrem niedrige Latenzzeiten erfordern, wie Hochgeschwindigkeitsanalysen, KI und maschinelles Lernen, haben ein Zuhause bei DAS mit NVMe SSDs gefunden. Kann FC-NVMe diese extrem latenzarmen Workloads in ein FC SAN bringen?

FC-NVMe SAN wird der Latenzzeit voraussichtlich nur 10 Mikrosekunden hinzufügen, aber das ist nicht alles. Die Antwortzeit wird wahrscheinlich davon abhängen, wo sich der Engpass im Datenpfad befindet. Als Flash rotierende Festplatten ersetzte, verlagerte sich der Leistungsengpass weg von den Speichermedien hin zum Netzwerk. NVMe-over-FC soll das beheben. Aber wo wird der neue Engpass liegen? Wie heißt es so schön: It depends.

Der Engpass könnte in die Anwendung wechseln. Dann hätten FC-NVMe SANs die Möglichkeit, die extrem latenzarmen Workloads zu konsolidieren. Verlagert sich der  Engpass in den Speichercontroller, müssen Anwender möglicherweise noch für einige Zeit beide Architekturen unterstützen. Die Workloads mit extrem niedrigen Latenzzeit-Forderungen bleiben dann auf dem DAS. In diesem Szenario kann die Verbesserung der NVMe-Effizienz zu einem noch wichtigeren Unterscheidungsmerkmal unter den Storage-Anbietern werden. Inwieweit FC-NVMe die Latenzzeiten in FC-SANs reduziert, ist definitiv ein Thema, das man in den kommenden Monaten beobachten sollte.

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Nächste Schritte

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Welche Leistung NVMe-SSDs bringen und wo sie sich einsetzen lassen

Trotz NVMe-SSDs: Tape und Festplatte bleiben im Rechenzentrum

Artikel wurde zuletzt im Dezember 2018 aktualisiert

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