NVMe für NAS: Wie man die Leistung des NAS mit Caching steigern kann

Immer mehr NAS-Gehäuse werden mit M.2-SSD-Steckplätzen für ultraschnelle NVMe-Flash-Laufwerke ausgestattet. Der Zweck dieser Steckplätze besteht darin, die Gesamtleistung des NAS-Server indem sie es dem Betriebssystem ermöglicht, häufig aufgerufene Daten zu speichern, was wie ein sekundärer Arbeitsspeicher wirkt. Im Folgenden erfahren Sie, warum die Verwendung von NVMe-Laufwerken für die Zwischenspeicherung interessant sein kann und welches die besten M.2 NVMe-SSD-Optionen für Ihr NAS sind.

Was ist ein M.2 NVMe SSD?

Ein M.2-NVMe-Laufwerk ist ein Speichertyp, der das Solid-State-Drive-Format (SSD), eine M.2-Schnittstelle und die NVMe-Technologie (Non-Volatile Memory Express) für eine optimale Speicherleistung nutzt.

Die M.2-Schnittstelle ist ein Verbindungsstandard, der für Speichergeräte verwendet wird. M.2-Laufwerke sind klein, flach und werden über einen M.2-Steckplatz direkt an die Hauptplatine des NAS angeschlossen.

Die NVMe-Technologie wurde speziell für die SSD-Laufwerke und bietet eine schnellere und effizientere Schnittstelle zur Kommunikation mit dem System. Dies führt zu wesentlich schnelleren Datenübertragungsraten im Vergleich zu den Standards von NAS-Festplatten wie SATA (Serial ATA). M.2 NVMe-Laufwerke können wesentlich höhere Lese- und Schreibgeschwindigkeiten als herkömmliche SSDs erreichen, was zu einer höheren Gesamtleistung des Systems führt.

Kriterien, die Sie bei der Auswahl eines NVMe-SSD berücksichtigen sollten

Die Größe des NVMe-Laufwerks

Wie bei allen Speichermedien variiert der Preis je nach verfügbarer Kapazität. M.2 NVMe SSDs beginnen bei 250 GB und reichen bis zu über 4 TB. Auf die optimale Größe eines NVMe-SSD gehen wir weiter unten ein.

Viele NAS mit M.2 NVMe-Steckplätzen ermöglichen es, SSDs als Speicherpool einzurichten. In diesem Fall ist das Konzept der Festplattengröße nicht mehr dasselbe, und je größer die Speicherkapazität ist, desto mehr Informationen können Sie auf der Festplatte speichern.

Die Schnittstelle des SSD M.2 NVMe

Das zweite Element, das Sie bei der Auswahl des richtigen SSD M.2 2280 berücksichtigen sollten, ist die Kontrollschnittstelle, die im Grunde der Generation der PCIe-Technologie entspricht, die das SSD verwendet.

Mit jeder Generation können doppelt so hohe Übertragungsgeschwindigkeiten erreicht werden wie mit der vorherigen Generation. So kann die Gen2 Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 2000 MB/s erreichen. Ein NVMe Gen3x4 SSD kann bis zu 4000 MB/s erreichen und bis zu 8000 MB/s für ein NVMe der Gen4x4.

Es ist wichtig zu beachten, dass es für die maximale Leistung, die eine bestimmte Schnittstelle bietet, notwendig ist, dass die Generation des NVMe-SSD von der PCIe-Schnittstelle des NAS, das Sie ausrüsten möchten, unterstützt wird. Vergewissern Sie sich daher vor dem Kauf eines NVMe-SSDs, dass es mit dem NAS kompatibel ist.

Heute gibt es sogar NVMe-SSDs mit PCIe 5.0, aber diese Modelle sind noch selten und teuer, und kein NAS ist derzeit mit dieser neuen Generation kompatibel, die bis zu 16.000 MB/s erreichen kann.

Der Typ des Flash-Speichers

Wenn Sie sich die technischen Spezifikationen von SSDs genauer ansehen, finden Sie manchmal (aber nicht immer) heraus, welcher Typ von Flash-Speicher verwendet wird. Es gibt derzeit vier Haupttypen von Speicher, die in den verschiedenen SSDs auf dem Markt zu finden sind, und diese wirken sich direkt auf ihre Leistung aus. Hier ist eine Liste, die diese Speichertypen von den leistungsfähigsten, langlebigsten (und teuersten) bis zu den am wenigsten leistungsfähigen und damit billigsten klassifiziert :

• SLC (Single Level Cell): Jede Zelle kann ein einzelnes Bit speichern. Dieser Speicher ist aufgrund seiner hohen Kosten in der Regel für professionelle Anwendungen gedacht. Er bietet aber auch die beste Leistung und Haltbarkeit mit mehreren zehntausend Schreibzyklen.
• MLC (Multi Level Cell): Jede Zelle kann mehrere Bits (normalerweise 2) speichern. Die Leistung ist geringer als bei SLC-Speichern und die Lebensdauer beträgt nicht mehr als 10.000 Zyklen.
• TLC (Triple Level Cell): Jede Zelle kann 3 Bits speichern. Dieser Speichertyp ist mit etwa 3.000 Schreibzyklen weniger leistungsfähig und langlebig als die beiden vorherigen.
• QLC (Quad Level Cell): Jede Zelle kann 4 Bits speichern. Dies ist die neueste Technologie und bietet eine geringere Leistung als TLC-Speicher, aber die geringeren Kosten ermöglichen eine höhere Speicherkapazität.

Ist die Wahl der Technologie, die für das Caching auf NAS-Servern verwendet wird, wirklich von Bedeutung? Nun, ja. Wenn Sie nach dem besten M.2 NVMe-SSD für die Zwischenspeicherung von NAS-Daten suchen, ist es wichtig, diese NAND-Technologie im Auge zu behalten.

SLC ist die beste Technologie. Sie zahlen mehr pro GB und können keine Laufwerke mit hoher Kapazität wählen, aber Zuverlässigkeit und der Schutz der gespeicherten Daten sind die wichtigsten Faktoren.

Ein weiterer Vorteil von SLC ist die Verringerung der Auswirkungen von Schreibverstärkern, die sich schnell bemerkbar machen und den DWPD-Ausdauerindex eines Laufwerks verringern können. Es ist wichtig, ein SSD-Laufwerk korrekt für das Caching zu konfigurieren, unabhängig von der gewählten Technologie.

Die Geschwindigkeit des M.2 NVMe SSDs

Wie wir gesehen haben, wird die Geschwindigkeit eines M.2 NVMe SSD von der Generation seines PCIe-Anschlusses beeinflusst, variiert aber auch je nach Art des verwendeten Flash-Speichers.

Die Zuverlässigkeit eines M.2 NVMe SSDs

Die Zuverlässigkeit eines M.2 NVMe SSD wird in DWDP (drive writes per day), MTBF (Mean Time Between Failures) oder TOE (Terra Written) ausgedrückt.

Mit dem DWDP wird die Ausdauer eines Laufwerks gemessen. Je höher dieser Wert ist, desto mehr Schreibvorgänge kann das Laufwerk laut Herstellerangaben pro Tag durchführen. Für das Caching, insbesondere das Caching, bei dem Daten geschrieben werden, sollten Sie einen möglichst hohen DWPD-Wert anstreben.

Die SSD NVMe-Cache-Typen für NAS

NAS-Cache schreibgeschützt

Die einfachste Möglichkeit, ein NVMe-SSD für die Zwischenspeicherung auf einem NAS-Server einzurichten, besteht darin, es als schreibgeschütztes Laufwerk zu verwenden. Das Betriebssystem verschiebt die am häufigsten verwendeten Dateien auf dieses SSD, sodass auf diese Daten zugegriffen werden kann, ohne dass das Hauptplattenarray berührt wird. Dieser Vorgang verhindert, dass die Daten auf dem Cache verändert werden.

Ein schreibgeschützter Cache sollte vor allem dann verwendet werden, wenn Sie große Datenmengen auf Ihrem NAS gespeichert haben, die nicht oft geändert werden. Er ermöglicht eine effizientere SSD-Cache-Speicherung, da die schreibgeschützte Beschränkung es dem Laufwerk und seinem Controller ermöglicht, genau zu bestimmen, was für einen besseren Zugriff gespeichert werden muss.

Caching des NAS beim Schreiben

Das Schreiben in einen SSD-Cache auf einem NAS-Server ist eine ganz andere Geschichte. Es gibt verschiedene Arten von Cache-Schreibvorgängen, die erste ist das gleichzeitige Schreiben (Write-through). Dabei handelt es sich um ein gleichzeitiges Schreiben auf das Festplatten-Array und den SSD-Cache. Dadurch kann das Hauptarray die Daten im Falle eines Systemausfalls oder einer Stromunterbrechung beibehalten.

Dies ist der sicherste Schreibcache, verringert aber die Geschwindigkeit des Datenzugriffs. Eine andere Art von Cache ist das sogenannte zeitversetzte Schreiben (Write-Back). Bei diesem Verfahren werden die Daten nur in den Cache des SSD-Laufwerks geschrieben, bevor sie auf das Hauptlaufwerk kopiert werden. Diese Methode bietet eine geringere Latenzzeit für den Datenzugriff, beinhaltet aber auch die Möglichkeit des Datenverlusts bei einem Systemausfall.

Wie viel SSD-Kapazität benötigen Sie für NAS-Caching?

Die Verwendung eines NVMe-SSD für das Caching eines NAS unterscheidet sich völlig von einem SSD, das für Speicherzwecke verwendet wird.

Die Cache-Speicherung auf einem SSD dient dazu, die Leistung Ihres NAS zu verbessern, wenn Sie viele Daten (und gleichzeitige Verbindungen) verarbeiten. Was die Kapazität von SSD-Cache-Laufwerken betrifft, so werden Sie nicht wirklich mehr als 250 GB benötigen, es sei denn, Sie verarbeiten häufig große Dateien.

Welche Marke wählt man für das beste M.2 NVMe SSD?

Im Gegensatz zu SATA-Festplatten und SSDs, die auf einem NAS anders funktionieren als auf einem Computer und für eine optimale Lebensdauer speziell für das NAS entwickelt werden müssen, ist dies bei NVMe-SSDs nicht der Fall. Ihre Funktionsweise auf einem NAS unterscheidet sich nicht von der auf einem anderen Gerät, und das ermöglicht eine sehr vielfältige Auswahl.

Prüfen Sie zunächst, ob ein NVMe-SSD mit Ihrem NAS kompatibel ist. Auch wenn die meisten NVMe-Geräte kompatibel sind, ist es besser, sich vorher zu vergewissern. Einige Hersteller haben jedoch sehr eingeschränkte Listen kompatibler Modelle, wie z. B. Synology, das nur Synology NVMe empfiehlt, während andere Modelle kompatibel sind. Oder TerraMaster hat keine Kompatibilitätsliste für seine NAS.

Kingston

Kingston bietet verschiedene Arten von SATA- und NVMe-SSDs an. Ihre Modelle eignen sich besonders für QNAP NAS mit einer großen Auswahl an Kompatibilitätsoptionen. Die Marke bietet auch M.2 2280 NVMe SSDs an, die für Gaming geeignet sind und einen Kühlkörper haben. Die KC3000-Serie eignet sich am besten für die Verwendung in einem NAS-Server.

Western Digital

WD bietet verschiedene Reihen von NVMe-SSDs an, darunter die RED-Reihe, die für NAS entwickelt wurde und eine hervorragende Ausdauer bietet. Es gibt auch andere 2280 NVMe SSD-Modelle, aber sie sind recht ähnlich und weniger für die Verwendung in einem NAS geeignet als die drei unten aufgeführten Modelle.

Seagate

Wie WD bietet auch Seagate mehrere Produktreihen an, darunter die Ironwolf-SSDs, die eine höhere Ausdauer aufweisen und für NAS geeignet sind. Die Firecuda-Serie ist die neueste Technologie, während die Baracuda-Serie aufgrund ihrer geringeren Haltbarkeit nur bedingt für NAS geeignet ist.

Synology

Synology bietet 2 Modelle von NVMe SSDs an, die erwähnenswert sind, da sie mit allen Synology NAS die mit PCIe-Anschlüssen ausgestattet sind.

Samsung

Samsung bietet auch mehrere Reihen von NVMe-SSDs an, darunter zwei Reihen von NVMe-SSDs, die mit Kühlkörpern ausgestattet sind, um Überhitzung zu vermeiden, auf die wir hier aber nicht näher eingehen, da sie sich eher an Konsolen und PCs richten.

Brauchen Sie wirklich einen SSD-Cache?

Um ganz ehrlich zu sein, brauchen Sie wahrscheinlich keinen SSD-Cache auf Ihrem NAS. Der Cache kann Ihnen zwar beim Öffnen der am häufigsten verwendeten Dateien Zeit sparen, aber diese Zeitersparnis ist im alltäglichen Gebrauch kaum sichtbar.

Bevor Sie die Verwendung von SSDs für Caching in Betracht ziehen, sollten Sie sich stattdessen auf die Installation von RAM konzentrieren. Viele NAS, insbesondere mit Intel-Prozessoren, unterstützen mehr RAM durch die Verwendung eines zusätzlichen RAM-Modul-Steckplatzes. Es ist sogar möglich, über die offiziell angegebene maximale Kapazität hinauszugehen. Achten Sie einfach darauf, dass Sie vorher einige Nachforschungen anstellen.