NVMe ist die stille IT-Revolution – was ist es und warum sollten Sie es einsetzen?

#KingstonCognate stellt Rafael Bloom vor

Rafael Bloom hat in leitenden Positionen in den Bereichen Technologieprodukte, Marketingkommunikation und Geschäftsentwicklung Karriere gemacht. Seine Beratungspraxis konzentriert sich auf die neuen organisatorischen, produktbezogenen und kommunikativen Herausforderungen, die sich aus technologischen und regulatorischen Veränderungen ergeben.

Diese sehr vielseitige Arbeit beinhaltet Fachwissen über Information Governance und Compliance by Design, Datenschutz und neu entstehende Technologien wie AdTech, Mobile & 5G, Künstliche Intelligenz und Machine Learning.

Rechenleistung: Leistung und Geschwindigkeit

Ich habe schon früher darauf hingewiesen, dass der Laufwerks- und der Arbeitsspeicher die Schlüssel zu den neuen digitalen Erfahrungen der 2020er Jahre sind. Das bedeutet, dass man den schnellsten Prozessor haben kann, aber aufgrund von Engpässen in der internen Architektur des Geräts nicht in der Lage ist, diese Leistung abzurufen. NVMe-Laufwerke – insbesondere die neuesten Laufwerke, die den Standard der neuesten Generation in vollem Umfang nutzen – stellen alle anderen einfach in den Schatten.

Es gibt einige einfache Gründe, warum NVMe anders ist, die ich gerne erläutern möchte, aber lassen Sie uns zunächst feststellen, was typische Anwendungsfälle für die Wahl von NVMe sein könnten:

Am Rande: „Power-User“ von Hochleistungs-Workstations, die sich mit den anspruchsvollsten Rechenaufgaben befassen, wie 4K-Video-Postproduktion oder Rendering von 3D-Grafiken mit Raytracing. Für eine reibungslose Leistung und schnelle Renderings bei der Bearbeitung und Verarbeitung von Videobildern müssen große Mengen unkomprimierter Daten bewegt werden. Diese Prozesse können durch viele Faktoren ausgebremst werden, zum Beispiel durch unzureichenden Arbeitsspeicher, aber diese Rechenaufgaben sind auch für eine sich drehende Festplatte nicht mehr zu bewältigen, und mit dem exponentiellen Wachstum des Datenvolumens wird selbst eine herkömmliche SSD (Solid State Drive) Schwierigkeiten haben.

Im Grunde genommen liegt der Leistungsengpass nicht unbedingt in der Tatsache, dass es sich bei dem Gerät um eine SSD handelt, schließlich sind NVMe-Laufwerke auch SSDs, sondern in den Grenzen der Schnittstelle, die zwischen der SSD und der CPU liegt. Dies geht auf die Entwicklung der Computer zurück – Laufwerke wurden über ein Kabel angeschlossen, und die Fähigkeiten der Schnittstellen wurden schrittweise weiterentwickelt, von der alten RS-232-Schnittstelle über SCSI bis hin zum SATA-Standard. NVMe verfolgt einen anderen Ansatz. Man könnte es auch als Lachgas für die CPU bezeichnen, die damit richtig aufdreht.

Die neue Generation von NVMe-Laufwerken nutzt den PCIe 4.0-Standard zum Lesen, Schreiben und Verschieben von Daten. Dieser Standard hat eine Datendurchsatz-Bandbreite, die selbst die schnellsten SATA-Laufwerke um ein Vielfaches übertrifft. SATA erreicht eine Höchstgeschwindigkeit von etwa 6Gb pro Sekunde – ziemlich gut, aber NVMe kann bis zu 32Gb pro Sekunde erreichen. Dafür gibt es viele Gründe, aber der am einfachsten zu verstehende ist, dass NVMe einfach über mehr „Lanes“ (Spuren) verfügt, über die Daten übertragen werden können. NVMe ist außerdem so konzipiert, dass es sich besser in die Netzwerke integrieren lässt, die die Grundlage der heutigen Computerinfrastruktur bilden.

NVMe SSDs sind so konzipiert, dass sie eher ein integrierter Teil der Struktur eines IT-Netzwerks sind. NVMe funktioniert mit einer direkteren Integration in die CPU des Computers. Dadurch werden Datenengpässe vermieden, die selbst bei den schnellsten SATA-SSDs auftreten, wenn sie an ihre Grenzen stoßen. Der Formfaktor eines Client NVMe-Laufwerks ist ebenfalls entscheidend – sie sind etwa so groß wie ein Kaugummistreifen und passen daher in kleine Geräte wie Laptops. Vielleicht ist es Ihnen unbekannt, aber sogar die Sony PlayStation 5 läuft mit NVMe, was bedeutet, dass die Ladezeiten auf der Konsole von 40–60 Sekunden bei der PS4 auf etwa 3 oder 4 Sekunden sinken können.

Rechenzentren unter Zwang

Zweitens brauchen wir nur einen Blick auf den massiven Anstieg der weltweiten Nachfrage nach Rechenzentren zu werfen. Die Datenverarbeitung in der Cloud bestimmt einen Großteil unseres täglichen Lebens. Dies geschah ohnehin in raschem Tempo, aber COVID-19 erwies sich als Katalysator für die Digitalisierung und Virtualisierung der Büros und die absolute Herrschaft der mobilen Geräte. Hinzu kommt, dass die Rechenaufgaben in den Rechenzentren immer komplexer und anspruchsvoller werden.

Künstliche Intelligenz, KI, ist beispielsweise ein Begriff, der ein breites Spektrum von Rechenaufgaben umfasst, von denen viele auf maschinellem Lernen beruhen. Was die KI-Rechenarten gemeinsam haben, ist, dass sie alle zum Funktionieren große Datenmengen nutzen. Auch hier ist NVMe die Technologie, die den entscheidenden Unterschied ausmacht, wenn es darum geht, Dinge schnell und nahtlos zu erledigen.

Betrachten wir zum Beispiel, was in der vertikalen Gesundheitsbranche vor sich geht, nicht nur die Tatsache, dass die Medizin jetzt ein digitaler Bereich ist. KI-gestützte Diagnosen und prädiktive Algorithmen müssen die Analyse von Millionen von Datensätzen bewältigen – und jeder einzelne Datensatz kann so etwas wie ein hochauflösendes digitales Bild sein, das Gigabytes groß ist. Die Verarbeitung all dieser Daten erfordert Berechnungen, die sich von allen kognitiven Prozessen unterscheiden, die ein Mensch erkennen kann, schließlich handelt es sich um künstliche Intelligenz, und dies erfordert eine enorme Datenbandbreite.

Im industriellen Maßstab eines Rechenzentrums kann NVMe diese Aufgabe erfüllen – geräuschlos, bei niedrigen Temperaturen und mit minimalem Platzbedarf.

Worauf muss man achten, wenn ein Upgrade auf NVMe erwogen wird?

Hier kann es etwas kniffeliger werden, denn einige Nicht-NVMe SSDs können in denselben Steckplatz wie ein NVMe-Laufwerk eingesteckt werden, liefern aber trotzdem keine NVMe-Leistung. Das liegt daran, dass der Anschluss – bekannt als „M.2“-Anschluss, für diejenigen, die gerne noch mehr technische Terminologie und Akronyme hören möchten – mit SATA-SSDs abwärtskompatibel ist, die den gleichen „Kaugummi“-Formfaktor haben.