Qu'est-ce que le NVMe ?

Les SSD NVMe sont capables de fournir des temps de réponse plus rapides que les disques durs (HDD) classiques en raison des modifications apportées au pilote du périphérique qui permettent le parallélisme et l’interrogation. Ces améliorations contribuent à réduire la latence et les rendent idéales pour les workloads des entreprises ainsi que pour des applications grand public et professionnelles. Cette polyvalence s’étend à un large éventail de secteurs, allant des jeux et des technologies mobiles au commerce électronique, à la finance et aux plateformes de soins de santé.

Les solutions de stockage évolutives et haute performance affichent une demande croissante. Selon un rapport de Research and Markets, le marché mondial du NVMe était évalué à 212 milliards de dollars américains en 2024. La valeur devrait atteindre 888,9 milliards de dollars d’ici 2030, avec un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 27 % entre 2024 et 2030.¹

Intelligence artificielle (IA), analyse de données massives et Internet des objets (IdO) applications sont à l’origine de cette expansion, avec NVMe et d’autres technologies permettant la vitesse et l’efficacité requises par ces Workload.

Le NVMe a été développé de 2008 à 2011 pour remplacer les protocoles SATA (Serial Advanced Technology Attachment) et SAS (Serial Attached SCSI). Les améliorations apportées par NVMe par rapport à ses concurrents en ont fait la norme du secteur pour le stockage à grande vitesse.

Aujourd’hui, les utilisateurs exigent des temps de réponse plus rapides que jamais de la part de leurs applications. Le protocole NVMe a été conçu pour offrir une expérience de nouvelle génération, hautes performances, à large bande passante et à faible latence, quel que soit le type d’application déployée par l’utilisateur.

Les SSD NVMe accèdent au stockage flash principalement via un bus PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) qui supprime le contrôleur « intermédiaire ». Cependant, NVMe peut également fonctionner sur n'importe quel type d'interconnexion « fabric » (NVMe-oF) — telle que Fibre Channel et Ethernet — et au sein d'Ethernet, iWarp, RoCEv2, iSER et NVMe-TCP.

Les SSD NVMe peuvent exécuter des dizaines de milliers de files de commandes parallèles. Ils peuvent également exécuter des programmes à des vitesses supérieures à celles des disques connectés grâce au protocole SCSI, qui ne peut déployer qu’une seule file de commandes. La méthode de connexion est indépendante du protocole. Par exemple, les SSD PCIe utilisant NVMe peuvent connecter un seul disque via une liaison PCIe exécutant le protocole NVMe.

Le NVMe a été conçu pour les supports de stockage non volatils à hautes performances, ce qui le rend idéal pour les environnements actuels exigeants et à forte intensité de calcul, tels que les logiciels d’édition graphique, les environnements de cloud computing, les microprogrammes et les grandes bases de données. Le NVMe traite les workloads d’entreprise rapidement et efficacement avec un encombrement d’infrastructure plus réduit et nécessite moins d’énergie que le SCSI.

Les disques mémoire non volatile express (NVMe) et les disques à état solide (SSD) sont fréquemment utilisés pour décrire deux types différents de disques. Cependant, il s'agit de types distincts de technologies de stockage de données qui peuvent être utilisées pour s'améliorer mutuellement. 

Les SSD sont des périphériques de stockage à semi-conducteurs qui s’appuient sur la mémoire flash pour stocker des données persistantes dans des systèmes informatiques. Dans un SSD, chaque puce mémoire est constituée de blocs contenant des cellules (également appelées pages ou secteurs) qui contiennent des bits de mémoire. Contrairement au stockage magnétique, comme les disques durs et les unités de disquette qui stockent les données à l’aide d’aimants, les SSD utilisent des puces NAND. Cette technologie de stockage non volatile ne nécessite aucune énergie pour conserver les données.

Tous les périphériques NVMe sont des SSD. Cependant, tous les disques SSD n'utilisent pas la technologie PCIe ; certains disques SSD utilisent encore les anciennes interfaces SATA et SAS qui ont été conçues à l'origine pour les disques durs.

Pour en savoir plus, consultez SSD et NVMe : quelle est la différence ?

Autrefois, lorsque les disques durs (HDD) étaient la méthode préférée de l'industrie pour stocker et accéder aux données, SATA et SAS étaient des solutions appropriées. Le SATA (Serial Advanced Technologie Attachment) a été conçu pour connecter des périphériques de stockage utilisant le protocole ATA, tandis que le SAS (Serial Attached SCSI) a été conçu comme une interface basée sur SCSI. Les deux ont été optimisés en fonction de la nature mécanique des disques durs.

Jusqu’à il y a peu, la plupart des SSD utilisaient le SAS ou le SATA pour se connecter au système informatique. Cependant, avec l’essor de la technologie des SSD dans le secteur du stockage, les SAS et SATA sont devenus de plus en plus difficiles à utiliser, car ils sont conçus pour des disques durs.

Enfin, NVMe a été conçu spécifiquement pour les SSD, et son protocole est plus rationalisé que SCSI, ce qui en fait une meilleure solution pour les applications en temps réel, telles que l'apprentissage automatique (ML) et l'IA.

Avec la popularité croissante de l'informatiqueen nuage, le NVMe prend en charge les environnements de stockage cloud hybride, multicloud et mainframe grâce à ses hautes performances et à ses fonctionnalités de protection des données intégrées.

Le NVMe (non-volatile memory express) a été inventé pour être une meilleure option de stockage et de transfert de données que le SATA pour les SSD dans les environnements où des transferts de données volumineux étaient nécessaires sans ralentir les temps de traitement. 

Le NVMe permet aux SSD de se connecter directement au processeur à l'aide du bus PCIe et d'un adaptateur M.2 ou U.2, comme pour un disque SATA. NVMe permet aux disques SSD de se connecter directement au CPU via l'interface PCIe, ce qui leur permet de lire et d'écrire rapidement de gros volumes de données.

Pour obtenir des performances supérieures, le NVMe définit une interface de registre, un ensemble de commandes et un groupe de fonctionnalités pour les SSD basés sur PCIe. Lorsqu'il est connecté via le bus PCIe, le protocole NVMe facilite une latence plus faible et aide à optimiser le nombre d'opérations d'E/S par seconde (IOPS). Les disques NVMe actuels utilisent PCIe Gen 4 ou Gen 5, ce qui permet d'obtenir des performances maximales.

Les pilotes NVMe prennent en charge de nombreux systèmes d'exploitation (OS), notamment Windows, Linux et macOS. Enfin, le protocole NVMe prend en charge tous les types de NVM, y compris les SSD à mémoire flash NAND. De plus, NVMe utilise des files de commandes parallèles et une « boucle d'interrogation » au lieu du pilote de périphérique basé sur les « interruptions » de ses prédécesseurs. Cette approche réduit la latence et les frais généraux du système, ce qui permet d'éviter les goulets d'étranglement au niveau de l'unité centrale et d'améliorer le débit global.

Un autre facteur de différenciation important des spécifications NVMe est le facteur de forme, c'est-à-dire la manière dont la taille, la configuration et la conception physique influent sur la compatibilité avec d'autres dispositifs. En 2020, la Storage Networking Industry Association (SNIA) a convenu d'établir le Enterprise and Datacenter Standard Form Factor (EDSFF) pour créer un cadre convenu à l'échelle du secteur pour la technologie SSD.

Le facteur de forme standard convenu pour un SSD est de 2,5 pouces, qui s'insère facilement dans la baie de disque de la plupart des ordinateurs portables et de bureau, rendant les SSD NVMe hautement compatibles avec la technologie existante. Étant donné que le disque de 2,5 pouces est largement utilisé dans les environnements informatiques grand public et commerciaux, le remplacement d'un disque dur par un NVMe SSD est simple et direct pour les utilisateurs souhaitant mettre à niveau les performances de leur système.

L'un des formats les plus utilisés pour les SSD, le M.2 est un connecteur physique standard. Bien que le terme soit souvent utilisé dans les discussions sur les disques NVMe, dans ce contexte, NVMe fait référence au facteur de forme physique plutôt qu'au protocole lui-même.

Les disques SSD NVMe peuvent être connectés à un emplacement PCIe sur une carte mère pour des performances maximales. Cependant, le M.2 est un format compact qui permet un stockage haute performance dans des appareils fins et légers, tels que les ordinateurs portables et les tablettes.

Pour une analyse plus approfondie de NVMe et SATA, consultez « NVMe et SATA : quelle est la différence ? »

La mémoire vive dynamique (DRAM) est un type de mémoire vive (RAM) très répandu sur lequel s'appuient les ordinateurs personnels (PC), les serveurs et les postes de travail. Les SSD NVMe sont disponibles en versions DRAM et sans DRAM. 

Les SSD NVMe avec DRAM sont plus coûteux et plus rapides que ceux sans DRAM, et ils constituent une meilleure option pour les applications à forte consommation de graphiques comme les logiciels de retouche photo ou vidéo. Les NVM sans DRAM sont plus abordables et plus lents, mais restent bien plus rapides que les HDD ou les SSD SATA. Ces aspects en font de bonnes options pour les utilisateurs qui n'ont pas besoin de beaucoup de vitesse ou de performances pour les applications qu'ils utilisent.

NVMe-oF (non-volatile memory express over fabrics) est une spécification de protocole qui connecte les hôtes à un stockage partagé avec des infrastructures réseau (par exemple, Ethernet, Fibre Channel, RDMA), permettant une communication à haut débit et à faible latence.

Alors que NVMe se connecte directement via PCIe avec un disque et un hôte, les serveurs NVMe over Fabrics fonctionnent sur des réseaux de plus grande portée. NVMe-oF ne remplace pas NVMe, mais le complète en permettant des performances NVMe sur un stockage partagé connecté au réseau.

Voici les principaux avantages du stockage NVMe par rapport aux disques SSD SAS ou SATA :

• Meilleures performances : la technologie NVMe peut utiliser une PCIe pour connecter le stockage SSD directement à un serveur ou à une unité centrale de traitement (CPU) ou « processeur ». Cette nette amélioration des performances a fait de la technologie NVMe l’option de stockage/transfert de données préférée des gamers, des monteurs vidéo et d’autres utilisateurs qui ont besoin de performances supérieures à celles offertes par les disques durs SAS ou SATA.

• Vitesse plus élevée : les disques NVMe peuvent fournir des vitesses plus élevées que les disques SAS ou SATA, car ils peuvent envoyer et recevoir des commandes NVMe plus rapidement et offrir un meilleur débit.

• Compatibilité accrue : NVMe offre des performances nettement supérieures à SAS/SATA et bénéficie de mises à jour fréquentes pour prendre en charge les technologies critiques en constante évolution, telles que l’IA, le ML et le cloud computing. Il est compatible avec les systèmes d’exploitation modernes , y compris les plateformes mobiles, et est utilisé dans les ordinateurs portables et les consoles de jeux.

• Bande passante améliorée : La connexion PCIe est plus large et dispose de plus de bande passante que les ports SAS ou SATA. Elle s’améliore également à chaque génération, doublant la bande passante de la génération précédente. Les connexions SAS et SATA ont une bande passante plus faible et sont fixes, de sorte qu’elles ne s’améliorent pas au fil du temps. Les connexions PCIe se distinguent également par le fait qu’elles sont modulables en « voies ». Ainsi, même au sein d’une même génération, les utilisateurs peuvent doubler la bande passante en multipliant par deux le nombre de voies. Pour une analyse plus approfondie de NVMe et SATA, consultez « NVMe et SATA : quelle est la différence?»

La faible latence, l’efficacité énergétique et la capacité de NVMe à stocker et transférer des données à un rythme beaucoup plus rapide que les disques SAS et SATA en font un choix populaire pour les entreprises et les particuliers. Outre l'amélioration des performances et de la capacité de stockage des données, les SSD NVMe sont plus largement disponibles que les disques SSD SAS ou SATA et peuvent être achetés auprès d'entreprises grand public réputées comme Intel et Samsung.

Voici quelques cas d'utilisation courants du NVMe :

La vitesse, la programmabilité et la capacité de traitement parallèle des NVMe le rendent idéal pour un large éventail d'applications informatiques hautes performances (HPC), notamment le trading financier à haute fréquence, l'IA et le ML.

De nombreuses applications de pointe nécessitent une grande profondeur de file d'attente pour le stockage. Contrairement à ses prédécesseurs SAS/SATA, le NVMe peut contenir jusqu'à 65 000 files d'attente et commandes par file d'attente, permettant de traiter beaucoup plus de commandes simultanément. 

Les SSD NVMe aident les centres de données à étendre leur capacité de stockage de données et à offrir des performances supérieures à un prix comparable à celui des SSD SATA, ce qui conduit de nombreuses entreprises modernes à faire la transition.

Selon un rapport de l'Enterprise Strategy Group, près des trois quarts des entreprises utilisent un stockage SSD basé sur le NVMe ou prévoient de le déployer au cours des 12 prochains mois.²

Que l'on monte une vidéo de retrouvailles familiales ou que l'on travaille sur un long métrage d'animation, les taux de transfert de données plus rapides de NVMe accélèrent considérablement le montage vidéo. En termes simples, le montage et le rendu d'une scène dans un logiciel de montage vidéo génèrent beaucoup de données. Un SSD NVMe peut gérer toutes ces données sans ralentir le processus.

Le déploiement de NVMe dans des applications DevOps conteneurisées a permis de réduire la durée des grands projets et d'accélérer les itérations de codage pour de nombreux développeurs. 

Le NVMe rend également le développement plus rapide et moins coûteux, aidant les équipes à démarrer les applications plus rapidement avec un plus grand nombre d'outils à leur disposition.

Les systèmes basés sur NVMe accélèrent la performance de l'application et réduisent le nombre de serveurs physiques nécessaires aux bases de données relationnelles, permettant à l'Entreprise de traiter les requêtes plus efficacement et à des coûts d’infrastructure plus faibles.

Dans les environnements virtualisés (par exemple, VMware, VDI), NVMe réduit la latence de stockage et élimine les goulots d’étranglement d’E/S qui surviennent lorsque plusieurs machines virtuelles (VM) se disputent les ressources de stockage.

En outre, le NVMe permet de traiter des milliers de commandes à la fois, ce qui permet aux serveurs de prendre en charge plus de VM tout en conservant la vitesse et la fiabilité.

 Les disques SSD NVMe à grande vitesse accélèrent l'entraînement de ML et des modèles IA en fournissant un accès rapide aux grands jeux de données. Cela prend en charge traitement automatique du langage naturel (NLP) et analyse prédictive, où la prise de décision en temps réel est nécessaire pour les Workload liés aux diagnostics médicaux alimentés par l’IA et modélisation financière.