NVMe para NAS: Como aumentar o desempenho do NAS com o armazenamento em cache

Cada vez mais caixas NAS estão a ser equipadas com ranhuras SSD M.2 para unidades flash NVMe ultra-rápidas. O objetivo destas ranhuras é melhorar o desempenho geral do Servidor NAS permitindo que o sistema operativo armazene dados frequentemente acedidos, actuando como uma RAM secundária. Eis por que razão a utilização de unidades NVMe para armazenamento em cache pode ser interessante e quais são as melhores opções de SSD M.2 NVMe para o seu NAS.

O que é um SSD M.2 NVMe?

Uma unidade M.2 NVMe é um tipo de armazenamento que utiliza o formato SSD (Solid-State Drive), uma interface M.2 e a tecnologia NVMe (Non-Volatile Memory Express) para um desempenho de armazenamento optimizado.

A interface M.2 é uma norma de ligação utilizada para periféricos de armazenamento. Os discos M.2 são pequenos, planos e ligam-se diretamente à placa-mãe do NAS através de uma ranhura M.2.

A tecnologia NVMe foi concebida especificamente para Discos SSD e oferece uma interface de comunicação mais rápida e eficiente com o sistema. Isto traduz-se em taxas de transferência de dados muito mais rápidas em comparação com as normas de Discos rígidos NAS como o Serial ATA (SATA). As unidades M.2 NVMe podem atingir velocidades de leitura e escrita muito mais elevadas do que as SSDs tradicionais, resultando num melhor desempenho geral do sistema.

Critérios a considerar ao escolher uma SSD NVMe

O tamanho do disco NVMe

Tal como acontece com todos os suportes de armazenamento, o preço varia consoante a capacidade disponível. Os SSDs M.2 NVMe começam em 250GB e vão até mais de 4TB. Voltaremos a falar do tamanho ideal de um SSD NVMe mais tarde.

Muitos dispositivos NAS equipados com ranhuras M.2 NVMe permitem-lhe configurar SSDs como pools de armazenamento. Neste caso, a noção de tamanho do disco já não é a mesma, e quanto maior for a capacidade de armazenamento, mais informações pode armazenar no disco.

A interface SSD M.2 NVMe

O segundo fator a considerar ao escolher o SSD M.2 2280 adequado é a interface de controlo, que corresponde à geração da tecnologia PCIe utilizada pelo SSD.

Cada geração atinge velocidades de transferência 2 vezes mais rápidas do que a geração anterior. A geração 2 pode atingir velocidades de transferência de até 2000 MB/s. Um SSD NVMe Gen3x4 pode atingir velocidades de transferência de até 4000 MB/s e até 8000 MB/s para um NVMe Gen4x4.

É importante notar que, para beneficiar do desempenho máximo oferecido por uma interface específica, é necessário que a geração do SSD NVMe seja suportada pela interface PCIe do NAS que pretende equipar. Por isso, antes de comprar um SSD NVMe, certifique-se de que é compatível com o NAS.

Atualmente, existem até SSD NVMe PCIe 5.0, mas estes modelos ainda são raros e caros, e nenhum NAS é atualmente compatível com esta nova geração capaz de atingir 16 000 MB/s.

O tipo de memória flash

Se olhar mais atentamente para as especificações técnicas dos SSD, encontrará por vezes (mas nem sempre) o tipo de memória flash utilizado. Existem atualmente quatro tipos principais de memória nos vários SSD existentes no mercado, que têm um impacto direto no seu desempenho. Segue-se uma lista que classifica estes tipos de memória, desde a mais potente, durável (e cara) até à menos potente e, por conseguinte, mais barata:

• SLC (Single Level Cell): Cada célula pode armazenar um único bit. Este tipo de memória é geralmente utilizado para aplicações profissionais devido ao seu elevado custo. Também oferece o melhor desempenho e a maior durabilidade, com dezenas de milhares de ciclos de escrita.
• MLC (Multi Level Cell): Cada célula pode armazenar vários bits (geralmente 2). O desempenho é inferior ao da memória SLC e a sua duração de vida não ultrapassa os 10 000 ciclos.
• TLC (Triple Level Cell): Cada célula pode armazenar 3 bits. Este tipo de memória é menos potente e menos durável do que os dois anteriores, com cerca de 3.000 ciclos de escrita.
• QLC (Quad Level Cell): Cada célula pode armazenar 4 bits. Esta é a tecnologia mais recente, oferecendo um desempenho inferior ao da memória TLC, mas o seu custo mais baixo permite-lhe beneficiar de uma maior capacidade de armazenamento.

A escolha da tecnologia utilizada para armazenamento em cache num servidor NAS é realmente importante? Bem, sim. Ao procurar o melhor SSD M.2 NVMe para armazenamento em cache de dados NAS, é importante ter em mente a tecnologia NAND.

A SLC é a melhor tecnologia. Paga mais por GB e não poderá escolher unidades de elevada capacidade, mas a fiabilidade e a proteção dos dados armazenados são os factores mais importantes.

Outra vantagem da SLC é que ela reduz o impacto da amplificação de gravação, que pode se manifestar rapidamente e reduzir a classificação de resistência DWPD de uma unidade. É importante configurar corretamente uma unidade SSD para armazenamento em cache, independentemente da tecnologia escolhida.

A velocidade dos SSDs M.2 NVMe

Como vimos, a velocidade de um SSD M.2 NVMe é afetada pela geração da sua porta PCIe, mas também varia consoante o tipo de memória flash utilizada.

A fiabilidade de um SSD M.2 NVMe

A fiabilidade de um SSD M.2 NVMe é expressa em termos de DWDP (unidade escrita por dia), MTBF (tempo médio entre falhas) ou número de Terra writes (TOE).

O DWDP é uma medida da resistência de uma unidade. Quanto mais elevado for este valor, mais escritas por dia o disco pode efetuar, de acordo com as especificações do fabricante. Para o armazenamento em cache, especialmente o que envolve a escrita de dados, deve ter como objetivo um valor DWPD tão elevado quanto possível.

Tipos de cache SSD NVMe para NAS

Armazenamento em cache NAS só de leitura

A maneira mais fácil de configurar um SSD NVMe para armazenamento em cache em um servidor NAS é usá-lo no modo somente leitura. O sistema operativo irá mover os ficheiros mais frequentemente utilizados para esta SSD, permitindo que estes dados sejam chamados sem tocar na matriz de disco principal. Este processo impede qualquer modificação dos dados na cache.

Uma cache só de leitura deve ser utilizada principalmente se tiver grandes quantidades de dados armazenados no seu NAS que não são alterados frequentemente. Permite um armazenamento em cache SSD mais eficiente, uma vez que a limitação apenas de leitura permite que o disco e o seu controlador determinem exatamente o que precisa de ser armazenado para um melhor acesso.

Cache de escrita NAS

Escrever para uma cache SSD num servidor NAS é uma história completamente diferente. Existem diferentes tipos de cache de gravação, sendo o primeiro a gravação através de. Trata-se de uma gravação simultânea na matriz de discos e na cache SSD. Isto permite que a matriz principal retenha os dados no caso de uma falha do sistema ou de um corte de energia.

Esta é a cache de escrita mais segura, mas reduz a velocidade de acesso aos dados. Outro tipo de cache é chamado de write-back. Este processo apenas escreve dados na cache SSD antes de os copiar para a unidade principal. Este método oferece menor latência para o acesso aos dados, mas envolve a possibilidade de perda de dados em caso de falha do sistema.

Qual é a capacidade SSD necessária para o armazenamento em cache do NAS?

Usar um SSD NVMe para cache NAS é completamente diferente de usar um SSD para armazenamento.

A colocação em cache num SSD é utilizada para melhorar o desempenho do seu NAS quando está a lidar com uma grande quantidade de dados (e ligações simultâneas). No que diz respeito à capacidade dos SSDs de armazenamento em cache, não precisará de mais de 250 GB, a menos que lide frequentemente com ficheiros grandes.

Qual a marca a escolher para o melhor SSD M.2 NVMe?

Ao contrário dos discos rígidos SATA e SSDs, que não funcionam da mesma forma num NAS que num computador e precisam de ser especificamente concebidos para NAS para uma vida útil óptima, este não é o caso dos SSDs NVMe. Não funcionam de forma diferente num NAS do que em qualquer outro dispositivo, o que significa que tem uma escolha muito ampla.

Antes de mais, verifique a compatibilidade de um SSD NVMe com o seu NAS. Mesmo que a maioria das unidades NVMe sejam compatíveis, é melhor verificar primeiro. No entanto, alguns fabricantes têm listas muito limitadas de modelos compatíveis, como a Synology, que apenas recomenda o Synology NVMe, apesar de outros modelos serem compatíveis. A TerraMaster não tem uma lista de compatibilidade para o seu NAS.

Kingston

A Kingston oferece vários tipos de SSDs SATA e NVMe. Os seus modelos estão particularmente bem adaptados ao QNAP NAS, com uma vasta gama de opções de compatibilidade. A marca também oferece SSDs M.2 2280 NVMe adequados para jogos com um dissipador de calor. A gama mais adequada para utilização em servidores NAS é a KC3000.

Western Digital

A WD oferece várias gamas de SSDs NVMe, incluindo a gama RED, que foi concebida para NAS e oferece uma excelente resistência. Existem outros modelos de SSD NVMe 2280, mas são bastante semelhantes e menos adequados para utilização em NAS do que os 3 modelos abaixo.

Seagate

Tal como a WD, a Seagate oferece várias gamas, incluindo os SSD Ironwolf, que são mais duradouros e adequados para NAS. Os SSD Firecuda estão na vanguarda da tecnologia, enquanto os SSD Baracuda são menos adequados para NAS devido à sua menor durabilidade.

Synology

A Synology oferece 2 modelos de SSDs NVMe que vale a pena mencionar, uma vez que são compatíveis com todos os Synology NAS equipados com portas PCIe.

Samsung

A Samsung também oferece várias gamas de SSD NVMe, incluindo 2 gamas de NVMe equipadas com dissipadores de calor para evitar o sobreaquecimento, mas que não abordaremos aqui, uma vez que se destinam mais a consolas e PCs.

Precisa mesmo de uma cache SSD?

Para ser totalmente honesto, provavelmente não precisa de uma cache SSD no seu NAS. A colocação em cache pode certamente poupar tempo ao abrir os ficheiros mais utilizados, mas este ganho é pouco percetível na utilização diária.

Antes de considerar a utilização de SSDs para armazenamento em cache, concentre-se na instalação de RAM. Muitos dispositivos NAS, particularmente aqueles com processadores Intel, suportam mais RAM através da utilização de uma ranhura adicional para o módulo de RAM. É até possível ir além da capacidade máxima oficialmente declarada. Certifique-se apenas de que efectua uma pequena pesquisa prévia.