NAS NVMe: Saiba tudo sobre o assunto e elimine suas dúvidas

Índice:

• O que é um NAS NVMe e como ele funciona?
• Qual o impacto do NVMe na performance do armazenamento em rede?
• Aplicações ideais para um storage NVMe
• NVMe over Fabrics (NVMe-oF) é o mesmo que um NAS NVMe?
• Quais os desafios na implementação dessa tecnologia?
• Como o cache NVMe acelera um NAS tradicional?
• A escolha dos protocolos de rede para um NAS All-Flash
• O que observar antes de comprar um NAS com suporte a NVMe?
• O futuro do armazenamento conectado em rede

A demanda por acesso rápido aos dados cresce exponencialmente em ambientes corporativos e domésticos. Muitas empresas e usuários avançados enfrentam gargalos com storages tradicionais, que simplesmente não conseguem acompanhar o ritmo das aplicações modernas. A tecnologia de armazenamento evoluiu muito, mas a forma como acessamos esses dados em rede precisava de uma atualização.

Nesse cenário, os SSDs com protocolo NVMe surgiram como uma solução de altíssimo desempenho para o armazenamento local. Eles se conectam diretamente ao barramento PCIe do computador e eliminam as antigas limitações das interfaces SATA e SAS. A grande questão passou a ser como levar essa velocidade para o ambiente compartilhado. A resposta veio com os storages NAS que utilizam essa mesma tecnologia, transformando completamente o que esperamos de um servidor de arquivos.

O que é um NAS NVMe e como ele funciona?

Um NAS NVMe é um dispositivo de armazenamento conectado à rede que usa exclusivamente SSDs com o protocolo Non-Volatile Memory Express. Diferente dos sistemas baseados em discos rígidos ou SSDs SATA, essa arquitetura foi projetada para extrair o máximo de performance da tecnologia flash, com latência extremamente baixa e taxas de transferência muito superiores.

O funcionamento desse equipamento depende de uma comunicação direta entre os drives e o processador central através do barramento PCIe. Essa abordagem elimina as controladoras de armazenamento mais lentas, como a SATA, que frequentemente se tornam um gargalo. Para que todo esse potencial seja aproveitado, o sistema também precisa de uma rede de alta velocidade, geralmente com portas de 10GbE ou mais rápidas, pois uma conexão gigabit comum limitaria severamente o desempenho.

Internamente, um NAS NVMe conta com componentes robustos para gerenciar o fluxo intenso de dados. Um processador potente e uma quantidade generosa de memória RAM são essenciais para lidar com as milhares de operações de entrada e saída por segundo (IOPS). Sem esse equilíbrio de hardware, os próprios SSDs ficariam ociosos, aguardando o sistema processar as requisições, o que anularia grande parte do investimento.

Qual o impacto do NVMe na performance do armazenamento em rede?

O impacto do NVMe no desempenho de um storage de rede é transformador. A principal mudança está na drástica redução da latência, o tempo de resposta para cada solicitação de dados. Em sistemas que usam HDDs, esse tempo é medido em milissegundos, mas com um NAS All-Flash NVMe, falamos em microssegundos. Essa agilidade acelera quase todas as aplicações, desde bancos de dados até a navegação em pastas com milhares de arquivos pequenos.

Além da baixa latência, a largura de banda também aumenta consideravelmente. Enquanto um único SSD SATA alcança cerca de 550 MB/s, um único drive NVMe Gen4 pode superar os 7.000 MB/s. Quando vários desses drives operam juntos em um arranjo RAID, a velocidade agregada pode facilmente saturar uma rede de 10GbE ou até 25GbE. Por isso, a infraestrutura de rede se torna um ponto de atenção fundamental.

Essa combinação de alto IOPS e baixa latência melhora a experiência de múltiplos usuários simultâneos. Em um NAS tradicional, várias requisições concorrentes podem degradar a performance para todos. Já um sistema NVMe frequentemente lida com cargas de trabalho pesadas sem qualquer lentidão perceptível, pois sua capacidade de processamento paralelo é muito maior.

Aplicações ideais para um storage NVMe

Várias cargas de trabalho se beneficiam diretamente da velocidade de um NAS NVMe. Ambientes de virtualização, por exemplo, são um caso de uso clássico. Um único storage pode hospedar dezenas de máquinas virtuais com sistemas operacionais e aplicações distintas, todas acessando o armazenamento ao mesmo tempo. A alta taxa de IOPS de um sistema NVMe garante que nenhuma VM sofra com lentidão.

Outro setor que aproveita muito essa tecnologia é o de edição de vídeo e pós-produção. Profissionais que trabalham com arquivos de vídeo em 4K ou 8K precisam de um fluxo de dados constante e sem interrupções. Um NAS NVMe serve esses arquivos pesados para múltiplas estações de trabalho simultaneamente, o que simplifica a colaboração e acelera todo o processo criativo.

Bancos de dados e aplicações transacionais também são candidatos ideais. Sistemas de ERP, CRM ou plataformas de e-commerce executam inúmeras pequenas operações de leitura e escrita por segundo. A latência quase instantânea de um NAS NVMe acelera essas tarefas, o que resulta em consultas mais rápidas e um tempo de resposta melhor para o usuário final.

NVMe over Fabrics (NVMe-oF) é o mesmo que um NAS NVMe?

Embora os nomes sejam parecidos, um NAS NVMe e a tecnologia NVMe over Fabrics (NVMe-oF) resolvem problemas diferentes. Um NAS NVMe é um servidor de arquivos que usa protocolos como SMB ou NFS sobre uma rede TCP/IP padrão. O protocolo NVMe, nesse caso, opera internamente, entre os SSDs e a CPU do storage. O acesso aos dados ocorre em nível de arquivo.

Já o NVMe-oF é uma tecnologia de rede que estende o protocolo NVMe através de uma malha de rede, como Ethernet (usando RoCE ou iWARP) ou Fibre Channel. Ele apresenta o armazenamento remoto para um servidor como se fosse um disco de bloco local, com latência extremamente baixa. Essencialmente, é uma tecnologia para redes de armazenamento (SAN), não para compartilhamento de arquivos (NAS).

A principal diferença está no tipo de acesso. Um NAS é ideal para compartilhar pastas e arquivos entre múltiplos usuários e sistemas operacionais de forma simples. O NVMe-oF, por outro lado, é projetado para fornecer armazenamento em bloco de altíssimo desempenho para aplicações específicas, como clusters de bancos de dados ou hipervisores, que precisam de acesso direto e exclusivo a um volume (LUN).

Quais os desafios na implementação dessa tecnologia?

A implementação de um NAS NVMe apresenta alguns desafios importantes. O primeiro, e talvez o mais óbvio, é o custo. Os SSDs NVMe de classe empresarial, com alta durabilidade e desempenho consistente, são significativamente mais caros que os SSDs SATA e, principalmente, que os discos rígidos. O investimento inicial para uma solução all-flash é quase sempre maior.

Outro ponto crítico é a infraestrutura de rede. Para aproveitar a velocidade dos drives NVMe, uma rede de 1GbE é insuficiente. É necessário, no mínimo, uma infraestrutura de 10GbE, mas o ideal são redes de 25GbE ou mais. Isso pode exigir a troca de switches, cabos e placas de rede nos servidores e estações de trabalho, o que adiciona um custo extra ao projeto.

A dissipação de calor também é uma preocupação real. Os drives NVMe geram mais calor que os SSDs SATA, especialmente sob carga intensa. Um NAS projetado para eles precisa ter um sistema de refrigeração muito eficiente para evitar o "thermal throttling", um mecanismo que reduz a velocidade do drive para evitar superaquecimento. Um gabinete mal ventilado pode comprometer todo o desempenho.

Como o cache NVMe acelera um NAS tradicional?

Muitas empresas adotam uma abordagem híbrida para equilibrar custo e performance. Elas utilizam alguns SSDs NVMe como uma camada de cache para um volume principal composto por discos rígidos. Essa configuração oferece uma aceleração notável para muitas cargas de trabalho sem o custo de um sistema totalmente flash.

O cache funciona de duas maneiras principais. No modo de cache de leitura, os dados acessados com mais frequência são copiados para os SSDs NVMe. Quando esses dados são solicitados novamente, o sistema os entrega a partir do cache rápido, em vez de buscá-los nos discos lentos. Já no cache de escrita, os dados novos são gravados primeiro nos SSDs e depois transferidos para os HDDs, o que melhora a percepção de velocidade para o usuário.

Ainda assim, essa solução tem suas limitações. A eficácia do cache depende muito do padrão de acesso aos dados. Se a carga de trabalho envolve a leitura de arquivos grandes e aleatórios que raramente são acessados de novo, o benefício do cache será mínimo. Ele funciona melhor quando um mesmo conjunto de dados "quentes" é acessado repetidamente.

A escolha dos protocolos de rede para um NAS All-Flash

Para um NAS All-Flash NVMe, a escolha e a configuração do protocolo de rede são cruciais para não desperdiçar desempenho. Os protocolos de compartilhamento de arquivos mais comuns, como SMB (para Windows) e NFS (para Linux/Unix), evoluíram bastante. Versões modernas como o SMB 3.1.1 incluem otimizações como o SMB Multichannel, que agrega a largura de banda de várias portas de rede para aumentar a velocidade total.

Embora seja um protocolo de bloco, o iSCSI também é uma opção popular em muitos NAS, especialmente para cargas de trabalho de virtualização. Ele encapsula comandos SCSI em pacotes de rede IP e pode oferecer um desempenho muito próximo ao de uma SAN dedicada, desde que a rede seja rápida e bem configurada. A configuração de LUNs iSCSI geralmente exige um conhecimento técnico um pouco maior.

Independentemente do protocolo, a otimização da camada de rede é fundamental. A ativação de Jumbo Frames, por exemplo, aumenta o tamanho máximo de cada pacote de dados, o que reduz a sobrecarga do processamento de rede e melhora a taxa de transferência. Além disso, isolar o tráfego de armazenamento em uma VLAN dedicada evita a concorrência com outros tipos de tráfego e garante uma performance mais estável.

O que observar antes de comprar um NAS com suporte a NVMe?

Antes de adquirir um NAS com suporte a NVMe, é vital verificar como ele utiliza essa tecnologia. Alguns modelos mais simples possuem apenas slots M.2 que servem exclusivamente para cache, não para criar volumes de armazenamento principais. Se o seu objetivo é um sistema totalmente NVMe, você precisa de um NAS com baias U.2 ou slots M.2 que o sistema operacional reconheça como drives para dados.

O poder de processamento e a memória RAM do equipamento são igualmente importantes. Um processador fraco se tornará o gargalo do sistema, pois não conseguirá gerenciar a enorme quantidade de IOPS que os drives NVMe podem gerar. Da mesma forma, pouca memória RAM pode limitar o desempenho de recursos avançados, como a deduplicação de dados ou a execução de múltiplas aplicações no próprio NAS.

Por fim, avalie o sistema operacional e seus recursos. File systems modernos como Btrfs e ZFS oferecem funcionalidades essenciais para a proteção de dados, como snapshots instantâneos, checksums para evitar a corrupção silenciosa de arquivos e replicação eficiente. Um hardware potente sem um software robusto para gerenciá-lo é uma oportunidade perdida.

O futuro do armazenamento conectado em rede

A tendência do mercado de armazenamento é inequívoca. O custo por gigabyte dos SSDs continua caindo, o que torna as soluções all-flash, incluindo as baseadas em NVMe, cada vez mais acessíveis para um público maior. Em poucos anos, os discos rígidos provavelmente ficarão restritos a casos de uso de arquivamento de dados ou backups de grande volume.

Também vemos uma convergência crescente de tecnologias. Muitos sistemas de armazenamento modernos são unificados, capazes de oferecer acesso a arquivos (NAS) e a blocos (SAN) a partir do mesmo hardware. A combinação da simplicidade do NAS com o desempenho bruto do NVMe-oF em uma única plataforma simplifica a infraestrutura de TI para muitas organizações.

Um NAS NVMe deixou de ser um produto de nicho para se tornar a solução padrão para qualquer aplicação sensível à latência. Para empresas que dependem de agilidade, desde estúdios de criação que manipulam mídia pesada até corporações que processam milhões de transações, eliminar a espera do armazenamento não é mais um luxo. É a resposta para se manter competitivo.