กราฟิก 3 มิติเป็นภาพอุโมงค์เรขาคณิตเรืองแสงแบบจุดเดียว

ขับเคลื่อน NVMe สู่อนาคต

มี.ค. 2021
By Cameron Crandall
หน้าแรกของบล็อก

ในช่วงเริ่มต้นทศวรรษใหม่ มีกระแสเกี่ยวกับอนาคตของ NVMe สำหรับสถาปัตยกรรมสำหรับองค์กรและคลาวด์เกิดขึ้นมากมาย จากการพูดคุยเกี่ยวกับ NVMe over Fabric ไปจนถึงฟอร์มแฟคเตอร์ใหม่ ๆ หรือแม้แต่ PCIe 5.0 คาดว่าจะมีนวัตกรรมใหม่ ๆ อีกมากมายที่จะเปิดตัวในปีนี้

การใช้งานเทคโนโลยี NVMe ถือว่ายังอยู่ในช่วงเริ่มต้นท่ามกลางนวัตกรรม การเปิดตัวผลิตภัณฑ์และแนวทางใหม่ ๆ ที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง แม้ว่าการเปิดตัวจะช้ากว่าที่นักวิเคราะห์และคนในสื่อคาดการณ์กันไว้ แต่เราได้มีการคาดการณ์สถานการณ์ไว้เจ็ดรูปแบบที่เชื่อว่าจะส่งผลต่อการใช้งาน NVMe ในปีนี้

1. ประสิทธิภาพในการทำงานจะยังเป็นหัวใจสำคัญ

แม้ว่าผู้จัดการศูนย์ข้อมูลส่วนใหญ่จะเน้นที่ความสามารถในการประมวลผล แต่ความสามารถของ NVMe ในการทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพก็จะเป็นตัวแปรที่สำคัญที่ทำให้หลายคนหันมาใช้เทคโนโลยีนี้ ทรัพยากรด้านการประมวลผลที่มากกว่าและความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูลที่สูงกว่าทำให้ศูนย์ข้อมูลสามารถรองรับการทำงานได้มากขึ้นโดยใช้ทรัพยากรน้อยลง ซึ่งทำให้การปรับเปลี่ยนมาใช้เทคโนโลยีนี้มีความน่าสนใจ

2. การปรับใช้จะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ พร้อม ๆ กับผลิตภัณฑ์แบบ Off-The-Rack ที่เพิ่มมากขึ้น

ศูนย์ข้อมูลแต่ละแห่งมีโครงสร้างการทำงานที่ไม่เหมือนกัน Hyperscaler จะมีงบประมาณที่สูงเป็นพิเศษ โดยเลือกใช้ส่วนประกอบแบบสั่งเฉพาะ และไม่ใช้ส่วนประกอบแบบสำเร็จรูปเพื่อให้ได้ระบบการทำงานที่ดีและเร็วที่สุด ผู้ผลิตจำนวนมากขึ้นเรื่อย ๆ เริ่มมีการเปิดตัวสื่อบันทึกข้อมูล NVMe ราคาประหยัด และเราเริ่มเห็นผู้ให้บริการระดับ Tier I และ Tier II หันมาใช้เทคโนโลยีนี้มากขึ้น ผลิตภัณฑ์ที่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ทำให้มีข้อมูลการทดสอบและยืนยันในตลาดเป็นจำนวนมากที่พิสูจน์แล้วถึงความคุ้มค่าของเทคโนโลยีนี้

3. ระบบการทำงานของ RAID ที่จะเปลี่ยนไปจากเดิม

แร็คเซิร์ฟเวอร์ที่มีตัวเลขไบนารี่ลอยไปมา และแสงสะท้อนรุนแรงที่พื้นหลัง

ในทางทฤษฎีแล้ว NVMe ช่วยให้สื่อบันทึกข้อมูลไม่ต้องพึ่งพาชุดควบคุมฮาร์ดแวร์อีกต่อไป ทำให้ประสิทธิภาพในการทำงานเหนือกว่า SATA และ SAS อย่างมาก เทคโนโลยีนี้ถือเป็นมิติใหม่ เนื่องจากที่ผ่านมาสถาปัตยกรรมต่าง ๆ ต้องอาศัยชุดควบคุม RAID เชิงฮาร์ดแวร์และมาตรการการทำสำเนาข้อมูล (Redundancy) ผู้ผลิตชุดควบคุม RAID เชิงฮาร์ดแวร์จำเป็นต้องปรับตัวเพื่อเตรียมพร้อมสำหรับ NVMe อย่างเร่งด่วนเพื่อพัฒนาระบบสำหรับรองรับการเชื่อมต่อกับ Backplane สำหรับเซิร์ฟเวอร์ U.2 ในปัจจุบันสำหรับ NVMe RAID เชิงฮาร์ดแวร์ ปัจจุบันมีการ์ด RAID ในตลาดอยู่บ้างที่รองรับ NVMe แต่ก็ยังถือว่าเป็นเรื่องใหม่อยู่มาก จากพัฒนาการของ RAID เชิงฮาร์ดแวร์ในช่วงเริ่มต้นนี้ และการปรับเปลี่ยนมาใช้ NVMe ของหน่วยงานต่าง ๆ จะทำให้การออกแบบสถาปัตยกรรมการทำงานจะต้องมีการพิจารณาต่อไปว่าจะรองรับขีดความสามารถในการทำงานในระดับสูงนี้ได้อย่างไร ไม่ว่าจะผ่าน HCI เชิงซอฟต์แวร์อย่าง vSAN, Ceph, RAID เชิงซอฟต์แวร์จาก linux หรือ lvm mirroring หรือแม้แต่ระบบจำลองข้อมูลแบบพร้อมใช้งานสูงอย่าง SQL always on หรือ Oracle ASM mirroring หลายคนอาจแย้งว่าระบบการทำงานเชิงซอฟต์แวร์เหล่านี้ยังควรมีอยู่ต่อไปร่วมกับชุดควบคุม RAID เชิงฮาร์ดแวร์ เนื่องจากชุดควบคุมเชิงฮาร์ดแวร์สามารถป้องกันข้อผิดพลาดได้เฉพาะจุดเท่านั้น

4. NVMe over Fabric จะมีบทบาทสำคัญ

ภาพแอ็บสแทร็คเป็นรูปอาคารพร้อมแนวแสงฉายบนถนนที่เป็นเหมือนเส้นทางรับส่งข้อมูล

NVMe-oF รองรับการสืบค้นข้อมูลแบบแชร์จากส่วนกลางของอุปกรณ์ NVMe ผ่านเครือข่ายแบบพิเศษ (FC/RDMA/TCP) ทำให้สามารถสืบค้นข้อมูลในไดร์ฟที่เชื่อมโยงผ่านเครือข่ายราวกับว่าติดตั้งอยู่ภายในเซิร์ฟเวอร์ไคลเอนท์เอง ข้อดีของระบบจัดการสื่อบันทึกข้อมูลจากส่วนกลางโดยอาศัย NVMe ได้แก่ การจัดการที่ไม่ยุ่งยาก การใช้ประโยชน์จากความจุได้มีประสิทธิภาพมากกว่า และการแก้ไขข้อผิดพลาดเฉพาะจุดได้ง่ายกว่า NVMe-oF ต้องทำงานโดยอาศัย Fiber channel, RDMA หรือ TCP fabric Fiber channel protocol (FCP) ถือเป็นเทคโนโลยีนำส่งสำหรับสื่อบันทึกข้อมูลระดับองค์กรชั้นนำมาตั้งแต่ช่วงกลางทศวรรษที่ 1990 และใช้สำหรับนำส่งแพ็คเก็ตข้อมูล SCSI ผ่านเครือข่ายไฟเบอร์ ทำให้เป็นจุดเปลี่ยนสำคัญของ NVM express ในการกำหนดโปรโตคอล “FC-NVMe” ตัวใหม่ และทำให้สามารถนำส่งข้อมูล SCSI และ NVMe ทั้งสองส่วนผ่านช่องทางไฟเบอร์ได้ ผู้ใช้ FCP ในปัจจุบันจึงสามารถอัพเกรดมาใช้ FC-NVMe ได้ RDMA (Remote Direct Memory Access) คืออีกโปรโตคอลที่ใช้งานอย่างแพร่หลายซึ่งอยู่มานานหลายปีแล้วในกลุ่ม Infiniband, RoCE (RDMA over converged ethernet) และ iWARP fabric ดังนั้นการพัฒนา RDMA จึงเป็นช่องทางสำหรับ NVM express ในการใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีในการนำส่งที่มีอยู่นี้ TCP/IP คือโปรโตคอลนำส่งทางเครือข่ายที่เป็นที่นิยมมากที่สุด และมีหลักการออกแบบที่ชัดเจนและลงตัวมาตั้งแต่ช่วงปลายทศวรรษที่ 70 การพัฒนา NVM express เพื่อการนำส่งคำสั่ง NVMe ผ่านเครือข่าย TCP ในปัจจุบันถือเป็นเรื่องที่คาดการณ์ได้ เพื่อลดค่าใช้จ่ายในการทำงานและเพื่อให้การติดตั้งเป็นไปอย่างรวดเร็วยิ่งขึ้น

การเกิดขึ้นของ NVMe-oF ยังทำให้เกิดความท้าทายกับโครงสร้างพื้นฐานด้าน IT เนื่องจากปัญหาในอุปกรณ์ SCSI จะกลายเป็นข้อจำกัดของชุดควบคุมเครือข่ายและอินเทอร์เฟซเชื่อมต่อด้วย อย่างไรก็ตาม ผู้ประกอบการหลายรายได้มีการพัฒนาระบบรองรับในด้านนี้โดยอาศัยสวิตช์ควบคุมและ NICs ที่สามารถรองรับความเร็วในเครือข่ายที่มากขึ้นและ QoS ที่สามารถปรับแต่งได้สูง ผู้ผลิตอาร์เรย์แฟลชทุกรายก็มีการพัฒนาผลิตภัณฑ์และระบบ NVMe-OF ตั้งแต่ต้นทางถึงปลายทางด้วยชุดเครื่องมือต่าง ๆ เพื่อให้การใช้งานร่วมกับ QoS ดีขึ้น รวมทั้งขจัดปัญหาประเภท Noisy Neighbor ต่าง ๆ

5. การเติบโตของกระแสกลุ่มผู้ใช้ที่ขับเคลื่อนไปตามเทรนด์ซอฟต์แวร์

ลูกค้ากลุ่มคลาวด์กำลังคาดหวังมากกว่าแค่ขีดความสามารถในการอ่าน/เขียนข้อมูลเพียงอย่างเดียว โดยเริ่มหันมาให้ความสำคัญกับความสามารถในการรองรับการประมวลผลที่มีประสิทธิภาพสำหรับผู้ใช้ปลายทาง NVMe ช่วยยกระดับประสิทธิภาพในการทำงานไปอีกขั้น จากการแปลงรหัสข้อมูลผ่านคลาวด์มาสู่แอพพลิเคชั่นเกมมิ่งที่ต้องใช้ทรัพยากรในระดับสูง สิ่งนี้ทำให้ผู้ให้บริการสามารถใช้ประโยชน์จากการลงทุนด้านโครงสร้างพื้นฐานได้อย่างคุ้มค่ามากขึ้นผ่านโครงสร้างราคาต่าง ๆ ที่เน้นประสิทธิภาพในการทำงานเป็นสำคัญ ระบบการทำงานเชิงซอฟต์แวร์ในปัจจุบันอย่าง VMware vSAN และ Ceph มีการพัฒนาไปอย่างมากเพื่อให้ใช้งานได้กับอุปกรณ์ NVMe รวมทั้งการนำส่งข้อมูลของ NVMe ระหว่างโหนดคลัสเตอร์ต่าง ๆ เพื่อให้ผู้ใช้ได้ประโยชน์จากโครงสร้างพื้นฐานในการประมวลผลของตน และยังสามารถปรับโครงสร้างการทำงานได้อย่างยืดหยุ่น พร้อม ๆ กับลดค่าใช้จ่ายสำหรับระบบจัดเก็บข้อมูล

6. ฟอร์มแฟคเตอร์ก็เป็นอีกปัจจัยหนึ่ง

หนึ่งในประเด็นสำคัญสำหรับ NVMe คือความสามารถในการเสียบต่อและตัดการเชื่อมต่อได้ทันที ขณะที่ผู้ผลิตหลายรายมีการพัฒนาฟอร์มแฟคเตอร์แบบใหม่ขึ้น (ไม่ว่าจะเป็น U.2, M.2, EDSFF และ E1.S) แต่ฟอร์มแฟคเตอร์เหล่านี้จะเป็นภาระสำคัญที่ทำให้ศูนย์ข้อมูลต้องมีการปรับเปลี่ยนอุปกรณ์ขนานใหญ่ หากไม่มีพอร์ตที่ใช้งานอยู่ในปัจจุบัน ศูนย์ข้อมูลเหล่านี้มักต้องอาศัย Backplane และเมนบอร์ดใหม่ทั้งหมด แม้ว่าจะมีการเปิดตัว Gen4 แต่ PCIe Gen3 ก็ยังเป็นการเชื่อมต่อที่ได้รับความนิยมมากกว่า เนื่องจากมีสถาปัตยกรรม CPU เพียงตัวเดียวเท่านั้นที่รองรับ Gen4 ในปัจจุบัน ฟอร์มแฟคเตอร์ U.2 คือ ฟอร์มแฟคเตอร์ที่เป็นที่ยอมรับมากที่สุด เนื่องจากมีขนาดการติดตั้งขนาด 2.5 นิ้วที่ทุกคนคุ้นเคย และผู้ผลิตเซิร์ฟเวอร์เองก็มีการจำหน่ายเคส U.2 แบบติดตั้งด้านหน้ามาได้ระยะหนึ่งแล้ว นอกเหนือไปจากฟอร์มแฟคเตอร์ U.2 ยังสามารถเสียบและถอดได้ทันที ทำให้สะดวกอย่างยิ่งสำหรับศูนย์ข้อมูล

7. ความทนทานและประสิทธิภาพในการทำงานที่คาดการณ์ได้มาก่อนความเร็วและการรับส่งข้อมูล

แม้ว่าผู้ผลิตจำนวนมากในปัจจุบันจะเน้นค่า IOPS ที่สูงและค่าหน่วงเวลาที่ต่ำเป็นพิเศษในเอกสารข้อมูลของตน แต่ผู้จัดการศูนย์ข้อมูลเป็นจำนวนมากกลับให้ความสำคัญกับความสม่ำเสมอในการทำงานมากกว่าประสิทธิภาพในระดับสูงสุด โดยรวมแล้ว ตัวเลขประสิทธิภาพในการทำงานสูงสุดถือเป็นค่าเชิงสมมติฐานเท่านั้น และเมื่อมีการใช้งานและโหลดการทำงานสูงก็มักไม่สามารถทำผลลัพธ์ได้ตามที่กล่าวอ้าง ดังนั้นผู้จัดการศูนย์ข้อมูลจึงคาดหวังประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้และสม่ำเสมอ เพื่อให้การทำงานคาดการณ์ได้และน่าเชื่อถือมากกว่าสำหรับเงินที่จ่ายไป

ปีนี้ถือเป็นปีที่น่าสนใจสำหรับผลิตภัณฑ์ในกลุ่ม NVMe โดยเฉพาะทางฝั่งไคลเอนท์ NVMe จะเป็นอนาคตสำหรับสื่อบันทึกข้อมูล แต่ก็อาจต้องใช้เวลาสักพักจนกว่าส่วนประกอบทั้งหมดจะเริ่มเข้าที่เข้าทางในสายตาของผู้จัดการศูนย์ข้อมูล และพร้อมเปิดรับการโอนย้ายระบบการทำงานจาก SATA และ SAS มาเป็นเทคโนโลยีใหม่โดยสมบูรณ์

#KingstonIsWithYou

บทความที่เกี่ยวข้อง

หน้าแรกของบล็อก