NVMe per NAS: come aumentare le prestazioni dei NAS con la cache

Sempre più box NAS sono dotati di slot SSD M.2 per unità flash NVMe ultraveloci. Lo scopo di questi slot è quello di migliorare le prestazioni complessive del sistema. Server NAS permettendo al sistema operativo di memorizzare i dati a cui si accede di frequente, agendo come una RAM secondaria. Ecco perché l'uso delle unità NVMe per la cache può essere interessante e quali sono le migliori opzioni di unità SSD M.2 NVMe per il vostro NAS.

Che cos'è un'unità SSD M.2 NVMe?

Un'unità M.2 NVMe è un tipo di archiviazione che utilizza il formato SSD (Solid-State Drive), un'interfaccia M.2 e la tecnologia NVMe (Non-Volatile Memory Express) per ottenere prestazioni di archiviazione ottimali.

L'interfaccia M.2 è uno standard di connessione utilizzato per le periferiche di archiviazione. I dischi M.2 sono piccoli e piatti e si collegano direttamente alla scheda madre del NAS mediante uno slot M.2.

La tecnologia NVMe è progettata specificamente per Dischi SSD e offre un'interfaccia di comunicazione più veloce ed efficiente con il sistema. Questo si traduce in una velocità di trasferimento dei dati molto più elevata rispetto agli standard di Unità disco NAS come Serial ATA (SATA). Le unità M.2 NVMe possono raggiungere velocità di lettura e scrittura molto più elevate rispetto alle unità SSD tradizionali, con conseguente aumento delle prestazioni complessive del sistema.

Criteri da considerare nella scelta di un'unità SSD NVMe

La dimensione del disco NVMe

Come per tutti i supporti di memorizzazione, il prezzo varia a seconda della capacità disponibile. Le unità SSD M.2 NVMe partono da 250 GB e arrivano fino a oltre 4 TB. Torneremo più avanti sulle dimensioni ottimali di un'unità SSD NVMe.

Molti dispositivi NAS dotati di slot M.2 NVMe consentono di configurare le unità SSD come pool di archiviazione. In questo caso, la nozione di dimensione del disco non è più la stessa e maggiore è la capacità di archiviazione, maggiore è la quantità di informazioni che è possibile memorizzare sul disco.

L'interfaccia M.2 NVMe SSD

Il secondo fattore da considerare nella scelta dell'unità SSD M.2 2280 è l'interfaccia di controllo, che corrisponde alla generazione della tecnologia PCIe utilizzata dall'unità SSD.

Ogni generazione raggiunge velocità di trasferimento 2 volte superiori alla generazione precedente. La Gen2 può raggiungere velocità di trasferimento fino a 2000 MB/s. Un'unità SSD NVMe Gen3x4 può raggiungere velocità di trasferimento fino a 4000 MB/s e fino a 8000 MB/s per una Gen4x4 NVMe.

È importante notare che per beneficiare delle massime prestazioni offerte da un'interfaccia specifica, è necessario che la generazione dell'unità SSD NVMe sia supportata dall'interfaccia PCIe del NAS che si desidera equipaggiare. Quindi, prima di acquistare un'unità SSD NVMe, accertatevi che sia compatibile con il NAS.

Oggi esistono anche unità SSD PCIe 5.0 NVMe, ma questi modelli sono ancora rari e costosi e nessun NAS è attualmente compatibile con questa nuova generazione in grado di raggiungere i 16.000 MB/s.

Il tipo di memoria flash

Se si esaminano attentamente le specifiche tecniche delle unità SSD, a volte (ma non sempre) si scopre il tipo di memoria flash utilizzata. Attualmente esistono quattro tipi principali di memoria presenti nelle varie unità SSD presenti sul mercato, che hanno un impatto diretto sulle loro prestazioni. Ecco un elenco che classifica questi tipi di memoria dal più potente, durevole (e costoso) al meno potente, e quindi meno costoso:

• SLC (Single Level Cell): ogni cella può memorizzare un singolo bit. Questo tipo di memoria è generalmente utilizzato per applicazioni professionali a causa del suo costo elevato. Offre inoltre le migliori prestazioni e la massima durata, con decine di migliaia di cicli di scrittura.
• MLC (Multi Level Cell): ogni cella può memorizzare diversi bit (generalmente 2). Le prestazioni sono inferiori a quelle della memoria SLC e la sua durata non supera i 10.000 cicli.
• TLC (Triple Level Cell): ogni cella può memorizzare 3 bit. Questo tipo di memoria è meno potente e meno duratura delle due precedenti, con circa 3.000 cicli di scrittura.
• QLC (Quad Level Cell): ogni cella può memorizzare 4 bit. Si tratta della tecnologia più recente, che offre prestazioni inferiori rispetto alla memoria TLC, ma il suo costo inferiore consente di beneficiare di una maggiore capacità di memorizzazione.

La scelta della tecnologia utilizzata per la cache su un server NAS è davvero importante? Ebbene, sì. Quando si cerca la migliore unità SSD M.2 NVMe per il caching dei dati NAS, è importante tenere presente la tecnologia NAND.

SLC è la tecnologia migliore. Si paga di più per GB e non si possono scegliere unità ad alta capacità, ma l'affidabilità e la protezione dei dati memorizzati sono i fattori più importanti.

Un altro vantaggio di SLC è che riduce l'impatto dell'amplificazione della scrittura, che può manifestarsi rapidamente e ridurre il punteggio di resistenza DWPD di un'unità. È importante configurare correttamente un'unità SSD per il caching, indipendentemente dalla tecnologia scelta.

La velocità delle unità SSD M.2 NVMe

Come abbiamo visto, la velocità di un'unità SSD M.2 NVMe è influenzata dalla generazione della sua porta PCIe, ma varia anche in base al tipo di memoria flash utilizzata.

L'affidabilità di un'unità SSD M.2 NVMe

L'affidabilità di un'unità SSD M.2 NVMe è espressa in termini di DWDP (scritture dell'unità al giorno), MTBF (Mean Time Between Failures) o numero di scritture Terra (TOE).

Il DWDP è una misura della resistenza di un disco. Più alto è questo valore, più scritture al giorno può eseguire il disco, secondo le specifiche del produttore. Per la cache, in particolare quella che comporta la scrittura di dati, si dovrebbe puntare a un valore DWPD il più alto possibile.

Tipi di cache SSD NVMe per NAS

Caching NAS di sola lettura

Il modo più semplice per configurare un'unità SSD NVMe per la cache su un server NAS è utilizzarla in modalità di sola lettura. Il sistema operativo sposterà i file utilizzati più di frequente su questa unità SSD, consentendo di richiamare i dati senza toccare l'array di dischi principale. Questo processo impedisce qualsiasi modifica dei dati nella cache.

La cache di sola lettura dovrebbe essere utilizzata principalmente se sul NAS sono memorizzate grandi quantità di dati che non vengono modificati spesso. Consente una cache SSD più efficiente, in quanto la limitazione di sola lettura permette al disco e al suo controller di determinare esattamente ciò che deve essere memorizzato per un accesso migliore.

Caching di scrittura NAS

La scrittura in una cache SSD su un server NAS è una storia completamente diversa. Esistono diversi tipi di cache di scrittura, il primo dei quali è il write-through. Si tratta di una scrittura simultanea sull'array di dischi e sulla cache SSD. Ciò consente all'array principale di conservare i dati in caso di guasto del sistema o di interruzione dell'alimentazione.

È la cache di scrittura più sicura, ma riduce la velocità di accesso ai dati. Un altro tipo di cache si chiama write-back. Questo processo scrive solo i dati nella cache dell'unità SSD prima di copiarli sull'unità principale. Questo metodo offre una latenza inferiore per l'accesso ai dati, ma comporta la possibilità di perdere i dati in caso di guasto del sistema.

Di quale capacità SSD avete bisogno per la cache NAS?

L'uso di un'unità SSD NVMe per la cache NAS è completamente diverso dall'uso di un'unità SSD per l'archiviazione.

La cache su un'unità SSD viene utilizzata per migliorare le prestazioni del NAS quando si ha a che fare con molti dati (e connessioni simultanee). Per quanto riguarda la capacità delle unità SSD con cache, non sono necessari più di 250 GB, a meno che non si tratti di file di grandi dimensioni.

Quale marca scegliere per la migliore unità SSD M.2 NVMe?

A differenza dei dischi rigidi e delle unità SSD SATA, che non funzionano allo stesso modo su un NAS come su un computer e devono essere progettati specificamente per i NAS per garantire una durata ottimale, questo non è il caso delle unità SSD NVMe. Non funzionano in modo diverso su un NAS rispetto a qualsiasi altro dispositivo, il che significa che la scelta è molto ampia.

Prima di tutto, verificate la compatibilità di un'unità SSD NVMe con il vostro NAS. Anche se la maggior parte delle unità NVMe sono compatibili, è meglio verificare prima. Tuttavia, alcuni produttori hanno elenchi molto limitati di modelli compatibili, come Synology, che raccomanda solo Synology NVMe, anche se altri modelli sono compatibili. TerraMaster non ha un elenco di compatibilità per i suoi NAS.

Kingston

Kingston offre diversi tipi di SSD SATA e NVMe. I suoi modelli sono particolarmente adatti ai NAS QNAP, con un'ampia gamma di opzioni di compatibilità. Il marchio offre anche unità SSD M.2 2280 NVMe adatte al gioco con dissipatore di calore. La gamma più adatta all'uso come server NAS è la KC3000.

Western Digital

WD offre diverse gamme di unità SSD NVMe, tra cui la gamma RED, progettata per i NAS e che offre un'eccellente resistenza. Esistono altri modelli di SSD NVMe 2280, ma sono abbastanza simili e meno adatti all'uso NAS rispetto ai 3 modelli qui sotto.

Seagate

Come WD, Seagate offre diverse gamme, tra cui le unità SSD Ironwolf, più resistenti e adatte ai NAS. Le unità SSD Firecuda sono all'avanguardia della tecnologia, mentre le unità SSD Baracuda sono meno adatte ai NAS a causa della loro minore durata.

Synology

Synology offre 2 modelli di SSD NVMe che meritano di essere menzionati, in quanto sono compatibili con tutti i modelli di SSD NVMe. Synology NAS dotate di porte PCIe.

Samsung

Samsung offre anche diverse gamme di SSD NVMe, tra cui 2 gamme di NVMe dotate di dissipatori per evitare il surriscaldamento, ma che non approfondiremo in questa sede, poiché sono destinate più che altro a console e PC.

Avete davvero bisogno di una cache SSD?

In tutta onestà, probabilmente non avete bisogno di una cache SSD sul vostro NAS. La cache può certamente far risparmiare tempo all'apertura dei file più utilizzati, ma questo guadagno è difficilmente percepibile nell'uso quotidiano.

Prima di prendere in considerazione l'uso delle unità SSD per la cache, concentrarsi sull'installazione della RAM. Molti dispositivi NAS, in particolare quelli con processori Intel, supportano una maggiore quantità di RAM utilizzando uno slot per un modulo RAM aggiuntivo. È persino possibile andare oltre la capacità massima ufficialmente dichiarata. Basta fare un po' di ricerca in anticipo.