NVMe : tout savoir sur les SSD Non-Volatile Memory Express

Le NVMe est une spécification permettant de connecter directement un SSD à l'interface PCIe d'une machine. Ceci permet d'augmenter considérablement les performances de stockage. Découvrez tout ce que vous devez savoir sur les SSD NVMe, ainsi que leurs avantages pour le Big Data.

Les SSD ont révolutionné le stockage de données grâce à une vitesse de transfert nettement plus importante. Cependant, les performances de ces appareils peuvent être bridées par les connexions SAS ou SATA héritées des disques durs traditionnels. De fait, pour des cas usages intensifs comme l'analyse Big Data, il est préférable d'utiliser des SSD reposant sur le standard ouvert NVMe.

NVMe : qu'est-ce que c'est et comment ça fonctionne ?

Le NVM Express ou NVMe est une interface logicielle pour les SSD PCI Express utilisant la mémoire non-volatile (NVM). Ce standard ouvert permet aux périphériques de stockage flash d'opérer aux vitesses d'écriture et de lecture maximales que permet leur mémoire flash.

Pour faire simple, le NVMe permet de connecter directement le SSD à l'interface PCIe. Aisni, le SSD n'est plus limité par les protocoles de communication intermédiaires. Le NVMe tire profit du parallélisme interne et de la faible latence liées aux appareils stockage flash.

NVMe vs SATA et SAS

Jusqu'en 2014, la plupart des SSD produits s'appuyaient sur les bus de stockage historiques comme SATA ou SAS pour s'interfacer avec les ordinateurs. Or, ces deux bus, au même titre que le protocole de commande SCSI, ont été conçus et pensés pour un usage avec des disques durs HDD.

Les HDD sont des périphériques mécaniques, dont chaque plateau interne est découpé en piste et secteurs sur lesquels les données sont stockées. La tête de lecture ne peut lire qu'un secteur à la fois. Au contraire, un SSD n'embarque aucun composant mécanique. Il est constitué d'un assemblage de modules Flash, et il est possible d'accéder à plusieurs blocs de mémoire simultanément. On peut également effectuer des opérations de lecture et d'écriture sur différents blocs.

La différence est donc majeure, et les bus standards comme SATA et SAS ne permettent pas d'exploiter tout le potentiel des SSD. Même si le gain de performance est important par rapport à un HDD, il est encore plus conséquent lorsque le SSD est directement relié à un bus rapide et piloté via un jeu de commande optimisé.

C'est la raison pour laquelle le groupe de travail Non-Volatile Memory Host Controller Interface (NVMHCI), regroupant près d'une centaine de sociétés, a mis au point la spécification NVMe dont la version 1.0 fut lancée en mars 2011 avec des pilotes de référence pour Windows, Linux et FreeBSD.

Le NVMe offre une réduction de latence, une hausse du niveau d'IOPS, et une réduction de consommation électrique. En outre, le NVMe permet le multipathing : plusieurs contrôleurs PCI-e d'une ême machine peuvent délivrer des chemins vers un périphérique unique. Ceci permet d'accroitre la résilience. Dernier avantage : une gestion avancée des espaces de nom, par exemple pour permettre le partage d'un périphérique SSD NVMe entre plusieurs serveurs via un mécanisme de virtualisation comme Multi-Root-IOV.

A titre de comparaison, le SATA III sur lequel reposent les cartes mères modernes ont un débit maximal de 6000 MB par seconde. Cette connexion permet au SSD d'atteindre une vitesse de lecture de 530 MB/s, et une vitesse d'écriture de 500 MB/s. Un SSD NVMe, de son côté, pourra atteindre une vitesse d'écriture de 3500 MB/s. La vitesse d'écriture est donc multipliée par 7 par rapport à un SSD SATA.

Pourquoi le NVMe est-il idéal pour le Big Data ?

L'analyse Big Data en temps réel ou les environnements de bases de données haute performance sont des workloards qui nécessitent de réduire la latence au strict minimum. C'est la raison pour laquelle il est préférable d'opter pour des SSD NVMe pour le Big Data.

Selon les analystes de IDC, entre 60 et 70% des entreprises du Fortune 2000 auront au moins un workload critique exploitant l'analyse Big Data en temps réel d'ici 2020. De fait, on peut s'attendre à un véritable essor du NVMe en entreprise.

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