Pengertian NVMe bisa ditebak dengan mudah jika kita mengetahui kepanjangannya. NVMe sendiri merupakan akronim dari Nonvolatile Memory Express yang berarti antarmuka yang mengontrol host dan protokol penyimpanan.
Itu dilakukan untuk mempercepat proses transfer data antara sistem klien dan perusahaan dengan Solid State Drive (SSD) melalui Peripheral Component Interconnect Express (PCIe).
Umumnya, NVMe digunakan sebagai penyimpanan memori utama, cache, cadangan, dan solid state. NVMe diklaim sebagai pendukung utama aplikasi dan teknologi seperti IoT (Internet of Things).
Pengertian NVME
NVMe umumnya digunakan pada SSD (Solid State Drives), memori utama, memori cache, dan memori tambahan. Ini adalah pilihan alternatif yang baik dibandingkan dengan ATA (Advanced Technology Attachment) dalam mentransmisikan data.
Keuntungan utama NVMe dibandingkan penyimpanan lain adalah bandwidth yang lebih tinggi dan latensi yang lebih rendah. Ini berarti bahwa waktu tunggu menjadi lebih sedikit dan IOPS (Input Output Per Second) mengalami peningkatan.
NVMe mengakses penyimpanan flash melalui bus PCIE (Peripheral Component Interconnect Express) yang mendukung ribuan perintah paralel. Ini membuatnya jauh lebih cepat daripada hard disk tradisional yang cenderung terbatas pada satu antrean perintah.
Saat ini, NVMe banyak digunakan di semua lingkungan komputasi. Ini juga menjadi kunci perkembangan dunia dan aplikasi masa depan karena latensi yang rendah dan kinerja yang tinggi.
Sejarah NVME
Grup Kerja NVMHCI (Non-Volatile Memory Host Controller Interface) mulai mengembangkan NVMe pada tahun 2009. Mereka menerbitkan versi 1.0 pada tanggal 1 Maret 2011 yang menyertakan antarmuka kueri, kumpulan perintah administrasi, dan fitur keamanan.
Pengembangan NVMe terus berlanjut hingga tahun 2021. Berikut adalah catatan perjalanannya.
- 11 Oktober 2012 adalah tanggal rilis NVMe versi 1.1 oleh Grup Kerja NVMHCI (NVM Express). Ini mendukung beberapa port PCIe untuk mengaktifkan I/O multipath. Selain itu, kondisi tersebut juga termasuk transisi keadaan daya otonom selama waktu diam sebagai cara untuk mengurangi konsumsi energi.
- Plugfest pertama diselenggarakan pada bulan Mei tahun 2013 oleh NVM Express Workgroup. Ini dilakukan agar perusahaan dapat menguji produk yang diluncurkan.
- Pada bulan Maret 2014, NVM Express Workgroup didirikan sebagai NVM Express Inc. Perusahaan tersebut telah memiliki lebih dari 100 cabang perusahaan teknologi di seluruh dunia.
- Versi 1.2 dirilis pada tanggal 3 November 2014. Versi tersebut mendukung pembaruan firmware secara langsung dengan perlindungan data end-to-end dan manajemen daya yang lebih baik.
- Versi 1.3 dirilis pada Juni 2017. Pembaruan tersebut meliputi virtualisasi, sanitasi, dan streaming.
- Versi 1.4 dirilis pada bulan Juli tahun 2019. Ini meliputi Namespace Access, Host Memory Buffer, Persistent Event Log, dan Persistent Memory Region.
- Versi 2.0 dirilis pada bulan Juni tahun 2021. Pada versi ini, NVMe sudah melewati proses direstrukturisasi dengan fitur yang beragam.
Struktur dan Karakteristik NVME
Selain memahami pengertian NVMe, ada hal lain yang harus diperhatikan seperti struktur (arsitektur) dan karakteristiknya.
Arsitektur
Seperti apa struktur NVMe? Mari kita lihat arsitektur NVMe dan teknologi di balik performa tinggi dan latensi rendahnya.
NVMe terdiri atas pengontrol target dan antarmuka sisi host ketika menggunakan memori non-volatile. Ini bekerja untuk menangani hingga 64K antrean I/O dengan total 64K entri. Berbeda halnya dengan SAS yang menangani antrean baris tunggal hingga 254 dan SATA sejumlah 32 entri.
BACA JUGA Komponen Jaringan Komputer dan Fungsinya
Perangkat lunak NVMe membuat antrean berdasarkan batas pengontrol, konfigurasi sistem, dan beban kerja. IO vektor bertugas untuk meminimalisir overhead CPU ketika mentransfer data. Ini juga dapat mengubah prioritas kerja berdasarkan beban yang diberikan.
Karakteristik
NVMe memiliki ciri-ciri khusus sebagai pembeda dengan perangkat memori lainnya. Adapun karakteristik tersebut adalah sebagai berikut.
- Penyimpanan NVMe mendukung kecepatan transfer data yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan SSD berbasis SATA dan HDD tradisional. HDD berbasis SATA dapat membaca hingga 500 MB/detik, sedangkan SSD berbasis SATA dapat membaca hingga 2 GB/detik. SSD PCle Gen 4.0 NVMe M.2 dapat membaca hingga 7000 MB/detik dan menulis hingga 5000 MB/detik.
- NVMe memiliki latensi yang rendah. Adapun latensi terendah untuk penyimpanan berbasis SATA adalah sekitar 6 milidetik, sedangkan NVMe adalah 2,8 milidetik. Ini menyatakan bahwa respons NVMe dua kali lebih cepat daripada SATA.
Cara Kerja NVME
Awalnya, antarmuka SATA (Serial Advanced Technology Attachment) biasa digunakan pada perangkat penyimpanan massal seperti HDD (Hard Disk Drive), SSD (Solid State Drive), dan drive optik. Saat ini keberadaan HDD mulai tergantikan semenjak kehadiran SSD di lingkungan komputasi.
Pada tahun 2011, popularitas NVMe datang untuk mengatasi keterbatasan yang ada pada SATA. Ini karena NVMe menyediakan antarmuka penyimpanan yang berfungsi baik dengan bus PCle dan memberikan kecepatan transfer tinggi untuk data dalam jumlah yang besar.
Bus PCle atau konektor M.2 dan U.2 digunakan untuk menghubungkan SSD NVMe langsung ke CPU. Koneksi ini memiliki latensi dan penggunaan daya yang lebih rendah dengan IOPS lebih tinggi.
Dengan bantuan NVMe, SSD kini dapat langsung terhubung ke CPU. PCle generasi tunggal memberikan kecepatan transfer hingga 2.000MB per detik dibandingkan dengan SATA yang hanya memiliki satu jalur dan dapat mentransfer hingga 600 MB per detik.
NVMe mendukung beberapa operasi I/O dengan pemrosesan multicore untuk memberikan throughput tinggi dan menangani kemacetan CPU.
Standar dan Faktor NVME
Teknologi NVMe terus mengembangkan fitur dan spesifikasinya. Sejak versi pertama NVMe, tersedia empat jenis NVMe di pasar seperti:
- 2 – SSD U.2 digunakan pada slot motherboard yang ada dan tersedia dalam dua ukuran yaitu 2,5 inci dan 3,5 inci. SSD U.2 tersedia dalam pilihan penyimpanan yang berbeda dengan kinerja yang lebih tinggi. Sayangnya, pengguna harus mengeluarkan dana yang besar untuk membelinya karena ini terbilang mahal.
- 2 – SSD M.2 berukuran jauh lebih kecil dibandingkan dengan SSD U.2, yang menjadikannya lebih populer saat ini. SSD M.2 tersedia dalam dua ukuran yaitu 60 mm dan 80 mm. Kedua ukuran tersebut memiliki lebar 22 mm dan pelepasan panas yang sangat rendah.
- AIC (ADD-in Card) – SSD AIC mudah dihubungkan menggunakan PCle. Ini sangat mudah untuk dipasang dan mendukung semua tujuan komersial. Beberapa produsen SSD AIC menyertakan chip dan prosesor tambahan demi meningkatkan kinerjanya.
- EDSFF (Enterprise & Data Center Form Factor) – SSD EDSFF meningkatkan kinerja dan kapasitas per drive. Sistem penyimpanannya dapat ditingkatkan menjadi 30TB dan digunakan di pusat data.
Keuntungan Penggunaan NVME
NVMe mengonsumsi sedikit daya namun memberikan akses yang sangat cepat. Jika dibandingkan dengan antarmuka yang lain, NVMe dapat memberikan output atau input per detik lebih tinggi dan mampu mengurangi latensi.
Selain itu, NVMe juga menawarkan akses data yang cepat, menjaga stabilitas, dan mendukung protokol keamanan standar.
NVMe dibuat khusus untuk klien dan perusahaan yang membutuhkan akselerasi data. Ini karena NVMe dapat memberantas kemacetan dan memudahkan akses cloud dengan kinerja komputasi yang tinggi. Tidak hanya itu saja, NVMe juga berpotensi besar dalam aplikasi game, kendaraan, dan hiburan.
Keuntungan lainnya, NVMe diklaim sebagai bentuk penyimpanan yang terdistribusi. Dengan penggunaan antarmuka PCIe dalam menghubungkan CPU ke SSD, NVMe menciptakan penyimpanan yang lebih efisien. Lebih lagi, NVMe juga menawarkan beragam manfaat untuk pusat data modern seperti:
- Efisiensi transfer memori dengan satu ring untuk setiap CPU sehingga mampu mencegah terjadinya kemacetan di CPU.
- Paralelisme untuk antrean masif karena menyediakan hingga 64K perintah untuk setiap antrean.
- Peningkatan keamanan dengan fitur enkripsi data, kontrol akses, penghapusan kripto, dan penghapusan tingkat pembersihan.
- Pengaturan perintah yang efisien karena membagi dua jumlah instruksi CPU dalam memproses permintaan I/O.
Contoh Penggunaan NVME
NVMe sangat umum digunakan di setiap industri di mana mikro detik itu sangat penting. NVMe juga memiliki kemampuan yang lebih tinggi untuk menangani ribuan perintah dan antrean. Berikut adalah beberapa penggunaan umum NVMe:
- Komputasi kinerja tinggi karena dapat digunakan untuk interaksi waktu nyata seperti sistem keuangan, situs web e-niaga, dan bursa saham.
- Karya profesional dengan aplikasi yang membutuhkan pemrosesan cepat seperti desain grafis.
- Basis data bottleneck yang dapat digunakan di pusat data sebagai tempat penyimpanan data dalam jumlah yang besar.
- Database relasional di mana sistem memori NVMe mengurangi jumlah server fisik.
- Kecerdasan buatan yaitu sistem AI dengan banyak sirkuit terpadu dan pemrosesan data untuk penelitian tertentu. Ini dapat digunakan sebagai cara dalam memproses informasi dan pengambilan keputusan.
Dalam praktiknya, NVMe juga digunakan sebagai data center dengan keunggulan sebagai berikut.
- Memori flash dengan performa tinggi karena memungkinkan penggunaan GPU dan CPU secara maksimal.
- Pembagian data dengan dukungan multicore dan bandwidth.
- Koneksi dan bentuk yang berbeda karena perintah yang beragam.
- Mengurangi konsumsi daya karena sistem sudah mampu bekerja dengan optimal.
Jenis-jenis NVME
Berdasarkan lingkup operasinya, NVMe dikelompokkan menjadi NVMe-oF (over Fabric), NVMe FC (Fiber Channel), dan NVMe TCP/IP).
1. NVME-oF
NVM Express Inc. merilis NVMe-oF versi 1.0 pada 5 Juni 2016. Ini dilakukan untuk meningkatkan kinerja dan latensi NVMe di seluruh struktur jaringan yang berkomunikasi antara server dan sistem penyimpanan.
NVMe-oF hampir sama dengan NVMe. Perbedaan utama antara NVMe dan NVMe-oF adalah mekanisme pemetaan transportasi dalam mengirim dan menerima perintah.
Pada dasarnya, NVMe dirancang untuk penyimpanan pengguna lokal. Sementara itu, NVMe-oF dirancang untuk berkomunikasi antara komputer host dan penyimpanan target.
NVMe-oF menggunakan RDMA (Remote Direct Memory Access) yang dirancang oleh anak perusahaan dari organisasi NVM Express. RDMA adalah mekanisme transportasi antara dua komputer tanpa perlu memanggil OS atau prosesor.
NVMe menyediakan bahasa yang sama untuk komputer host dan penyimpanan target untuk berkomunikasi mengenai transfer data.
2. NVMe-oF FC
NVMe-oF menggunakan fiber channel yang dikembangkan oleh komite T11. INCITS FC membuat pemetaan untuk protokol lain dengan mentransfer data antara komputer host dan penyimpanan target.
Protokol FC menyediakan akses ke penyimpanan NVMe bersama. Akan tetapi, ini memperlambat kinerja dan menerjemahkan perintah SCSI ke perintah NVMe.
3. NVME-oF TCP/IP
NVMe-oF terbaru mencakup pengembangan NVMe-oF menggunakan TCP/IP yang memungkinkan untuk menggunakannya di jaringan Ethernet standar. Tidak diperlukan konfigurasi tambahan dengan penggunaan NVMe-oF TCP/IP.
TCP banyak digunakan sebagai standar dalam menghubungkan dan memelihara jaringan sambil bertukar data. TCP dan IP bekerja sama untuk memfasilitasi komunikasi melalui internet.
TCP bertugas untuk memetakan data yang mendukung komunikasi TCP antara host NVMe-oF. Sedangkan IP digunakan sebagai kontrol jaringan. Ini adalah pilihan terbaik untuk organisasi yang ingin menggunakan infrastruktur Ethernet mereka.
Kenapa NVME Itu Penting?
NVMe memberikan kinerja tinggi dan mengurangi waktu respons, dirancang sebagai pengganti drive disk optik tradisional. NVMe digunakan dalam sistem perusahaan yang dapat menyimpan data dalam jumlah besar.
Meningkatnya permintaan untuk penyimpanan data menggantikan drive berbasis SATA dengan drive berbasis NVMe. Misalnya, NVMe dapat menangani beban kerja industri dengan lancar yang hanya mengonsumsi sedikit daya.
NVMe juga sangat sukses dalam menangani sistem klien karena mampu mengakses penyimpanan lebih cepat. Selain itu, masa pakai juga diperpanjang karena lebih sedikit memakan energi. Sehingga ini membuat perangkat jauh terasa lebih ringan.
NVME vs. Bentuk Penyimpanan Lainnya
Seperti yang sudah diketahui bahwa pengertian NVMe yaitu sebuah penyimpanan modern dengan kinerja yang lebih cepat. Namun sebelumnya, kebutuhan akan penyimpanan data sudah diawali oleh SATA (Serial Advanced Technology Attachment) dan SAS (Serial Attached SCSI).
1. Serial Advanced Technology Attachment (SATA)
SATA merupakan teknologi komunikasi terdahulu yang diperkenalkan pada tahun 2000. Tujuannya adalah untuk berinteraksi dengan penyimpanan HDD.
Bentuk penyimpanan ini memformat ulang PATA (Parallel ATA) dan menjadi populer sebagai protokol penyimpanan pada komputer dengan throughput maksimum hingga 600 MB/dtk.
SATA dikembangkan untuk HDD dengan disk berputar dan kepala aktuator. Ini adalah antarmuka satu arah di mana perangkat ini tidak mampu membaca dan menulis secara bersamaan. Kemudian SSD menangkap pangsa pasar HDD yang ada.
SSD SATA dinilai nyaman digunakan, tetapi tidak ideal untuk penyimpanan flash bahkan menjadi hambatan sistem.
2. Serial Attached SCSI (SAS)
SAS diperkenalkan pada tahun 2004 yang dinilai lebih canggih dari antarmuka SATA. SAS dapat menangani hingga 128 koneksi point-to-point juga membaca dan menulis secara bersamaan.
SAS merupakan perangkat yang lebih kompatibel dibandingkan dengan SATA hingga menjadi pilihan banyak pengguna di dunia bisnis. Namun setelah hadirnya NVMe, pangsa pasar SATA dan SAS mengalami penurunan karena negara berkembang membutuhkan penyimpanan besar dengan kecepatan transfer yang tinggi.
3. Nonvolatile Memory Express (NVMe)
NVMe diperkenalkan pada tahun 2011 untuk mengatasi SATA dan SAS yang masih berbasis HDD. NVMe dirancang khusus untuk penyimpanan flash dan berkecepatan tinggi dengan latensi yang rendah.
NVMe juga menyediakan kapasitas penyimpanan yang lebih besar dalam form factor yang sangat kecil seperti M.2. Selain itu, NVMe dinilai lima kali lebih cepat dibandingkan dengan SATA.
Meskipun SATA dibanderol dengan harga yang lebih murah, namun nyatanya ini tidak sesuai dengan kebutuhan penyimpanan modern. Sehingga digantikan oleh penyimpanan flash NVMe.
Berdasarkan ulasan di atas tentang SAS, SATA, dan NVMe, dapat disimpulkan bahwa perbedaan ketiganya terletak pada:
Penampakan Fisik
Perbandingan yang jelas dapat dilihat pada SSD NVMe untuk drive M.2 dan SSD SATA drive 2.5. drive M.2 memiliki kunci yang berfungsi untuk mencegah hubungan soket yang tidak kompatibel. Sedangkan SATA drive 2.5 memiliki konektor yang jauh berbeda dari SSD NVMe drive M.2.
Perbedaan Kinerja
Berdasarkan kinerjanya, NVMe berkerja lebih cepat dibandingkan dengan SATA dan SAS. Selain itu, NVMe akan membantu pengguna dalam meningkatkan kinerja game dengan mengurangi waktu start-up.