Maximale Leistung freisetzen: Warum Ihr Fabric Data Lake NVMe-Speicher braucht

Von Mirko Peters · 2026-08-28

Bei groß angelegten Datenworkflows gibt es wenig Frustrierenderes als unberechenbare Antwortzeiten und träge Abfrageleistung. Wenn Ihr Fabric Data Lake mehr als dreißig Minuten für die ersten Abfragen auf umfangreichen Datenbeständen benötigt, spüren Ihre Geschäftsprozesse, Analyse-Dashboards und KI-Initiativen diese Reibung sofort. Um reibungslos von Gigabyte auf Terabyte zu skalieren, braucht es

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Bei groß angelegten Datenworkflows gibt es wenig Frustrierenderes als unberechenbare Antwortzeiten und träge Abfrageleistung. Wenn Ihr Fabric Data Lake mehr als dreißig Minuten für die ersten Abfragen auf umfangreichen Datenbeständen benötigt, spüren Ihre Geschäftsprozesse, Analyse-Dashboards und KI-Initiativen diese Reibung sofort. Um reibungslos von Gigabyte auf Terabyte zu skalieren, braucht es moderne Architekturen eine moderne Speicherlösung. Wer von traditionellen Protokollen auf NVMe (Non-Volatile Memory Express) umstellt, kann Engpässe vollständig beseitigen, die Abfragelatenz drastisch senken und eine bisher unerreichte Systemeffizienz erzielen.

In diesem umfassenden Leitfaden zeigen wir, warum die Umstellung auf NVMe-Speicher für leistungsstarke Fabric Data Lakes nicht länger optional ist. Wenn Sie noch tiefer in die Lösung dieser konkreten architektonischen Herausforderungen einsteigen möchten, schauen Sie sich unbedingt die zugehörige Podcast-Episode an: Speed Fabric and AKS Workloads with Local NVMe Storage.

NVMe-Technologie im Überblick

Was ist NVMe?

NVMe, also Non-Volatile Memory Express, spielt eine zentrale Rolle in einer modernen Data-Lake-Architektur. Es dient als Hot Tier für die Speicherung der neuesten Trainingsdaten und aktiven Datenbestände. Mit NVMe-Speicher erreichen Sie einen hohen Durchsatz, wobei manche Systeme bis zu 200 GB/s pro Rack liefern. Das ermöglicht das Laden von Daten in Echtzeit während des KI-Modelltrainings und steigert die Leistung deutlich. Unternehmen wie ByteDance nutzen NVMe, um Zugriffsmuster zu optimieren, senken dadurch Kosten und halten die Latenz für Abfragen niedrig. Wenn Sie NVMe in Ihren Data Lake integrieren, stellen Sie sicher, dass Ihre wichtigsten Daten jederzeit verfügbar und bereit für die Verarbeitung sind.

So funktioniert NVMe

Wer versteht, wie NVMe funktioniert, erkennt besser, worin die Vorteile gegenüber traditionellen Speicherlösungen liegen. NVMe basiert auf mehreren Kernprinzipien, die seine Leistung steigern:

Diese Prinzipien ermöglichen es NVMe, zahlreiche NVMe-Befehle gleichzeitig zu verarbeiten, was die Effizienz steigert. Die direkte Kommunikation zwischen PCIe-Laufwerken minimiert Verzögerungen und beschleunigt so den Datenzugriff. Diese Geschwindigkeit ist entscheidend für Anwendungen, die schnellen Datenabruf benötigen, etwa Analytik und maschinelles Lernen.

NVMe-Vorteile für die Leistung von Fabric Data Lakes

Zugriff mit niedriger Latenz

Beim Arbeiten mit einem Fabric Data Lake spielt niedrige Latenz eine entscheidende Rolle für hohe Leistung. NVMe reduziert die Latenz, indem es die mechanischen Verzögerungen traditioneller Speichersysteme beseitigt. Ihre Datenworkloads reagieren dadurch schneller, oft im Sub-Millisekundenbereich. Diese Geschwindigkeit ist für Echtzeit-Verarbeitungsaufgaben wie KI-Training und Betrugserkennung unverzichtbar, wo jede Millisekunde zählt.

NVMe over Fabrics (NVMe-oF) verstärkt diesen Effekt, indem es RDMA-basierte Transporte nutzt. Diese entlasten die CPU und halten die Latenz auch bei starker Last konstant. Diese Konsistenz sorgt für reibungslose Abläufe in Spitzenzeiten und unterstützt skalierbare, verteilte Speicherarchitekturen. Beim Wechsel von Hybrid-SAN zu All-Flash-NVMe-Plattformen können Sie mit einer Latenzreduktion von 30 bis 40 Prozent rechnen. Diese Verbesserung steigert direkt Ihre Fähigkeit, hochfrequente Transaktionen und Echtzeitanalysen effizienter zu verarbeiten.

Tipp: Verfolgen Sie zentrale Kennzahlen wie p95- und p99-Latenz, anhaltende Bandbreite und CPU-Kosten pro E/A, um die Auswirkungen von NVMe auf Ihre Speicherleistung und die GPU-Auslastung bei KI-Workloads zu messen.

Die Nutzung von NVMe-SSDs als Cache in Ihrem Fabric-Data-Lake kann den Zugriff im Vergleich zu Standard-S3-Speicher um bis zu das 100-Fache beschleunigen. Diese deutliche Optimierung ermöglicht es Ihnen, aktive Daten schneller zu verarbeiten, und verbessert die Gesamteffizienz Ihrer Datenpipelines und Dashboards.

Verbesserter Durchsatz

Der Durchsatz bestimmt, wie viele Daten Sie in einer bestimmten Zeit verschieben oder verarbeiten können. NVMe erreicht einen außergewöhnlich hohen Durchsatz, indem es den PCIe-Bus und mehrere Befehlswarteschlangen nutzt. Dieses Design ermöglicht es Ihrem Fabric-Data-Lake, Millionen IOPS und Geschwindigkeiten im Multi-Gigabyte-pro-Sekunde-Bereich zu bewältigen, die herkömmliche Speicherlösungen nicht erreichen.

Hochleistungs-NVMe-Speicher unterstützt Zero-Copy-I/O-Verfahren, die die CPU-Auslastung reduzieren und den Durchsatz erhöhen. Off-Heap-NVMe-Seitenspeicher hilft ebenfalls, indem er die Speicherdichte erhöht und die Zugriffslatenz senkt. Zusammen bieten diese Funktionen eine Hochleistungs-Speicherlösung, die mit Ihren Workload-Anforderungen mitwächst.

Mit NVMe beseitigen Sie Engpässe, die durch langsamen Speicherzugriff entstehen. Ihre Datenworkloads laufen schneller, und Ihr System arbeitet effizienter. Diese Durchsatzoptimierung ist besonders wichtig bei komplexen Workloads wie Spark-Shuffles, KI-Modelltraining oder groß angelegten Dataflows.

Hinweis: Viele Cloud-Anbieter bieten NVMe-fähige virtuelle Maschinen an. So können Sie Speicher mit hohen IOPS und hohem Durchsatz ohne zusätzliche Hardwarekosten einbinden. Damit ist NVMe eine kosteneffiziente Lösung zur Leistungsoptimierung in Fabric-Data-Lakes.

Mit dem Einsatz der NVMe-Technologie schöpfen Sie das volle Potenzial Ihres Fabric-Data-Lakes aus. Sie erhalten einen Zugriff mit niedriger Latenz und einen verbesserten Durchsatz, die gemeinsam für hohe Leistung und Effizienz in Ihren Datenabläufen sorgen.

NVMe over Fabric implementieren

Grundlagen zu NVMe-oF

Die Integration von NVMe over Fabrics (NVMe-oF) in Ihren Fabric-Data-Lake ist ein bedeutender Fortschritt in der Speichertechnologie. NVMe-oF baut auf den Prinzipien des herkömmlichen NVMe auf, erweitert diese aber über verschiedene Netzwerk-Fabrics. Diese Weiterentwicklung trägt den Leistungsanforderungen moderner Solid-State-Laufwerke Rechnung, denen herkömmliche Protokolle wie SCSI nicht vollständig gerecht werden konnten.

Mit NVMe-oF können Sie Befehle über verschiedene Netzwerk-Fabrics transportieren. Dabei werden NVMe-Befehle in leichtgewichtigen Containern, sogenannten Kapseln, verpackt. Dieses Design behält die Effizienz des warteschlangenbasierten NVMe-Modells bei und erweitert sie über unterschiedliche Transporte. So erzielen Sie auch in verteilten Umgebungen hohe Leistung und niedrige Latenz.

Kompatibilität sicherstellen

Bei der Implementierung von NVMe-oF in Ihrem Fabric-Data-Lake ist die Sicherstellung der Kompatibilität entscheidend. Sie müssen prüfen, ob Ihre bestehende Infrastruktur NVMe-oF unterstützt. Dazu gehört die Überprüfung Ihrer Netzwerkkomponenten, Speichergeräte und Serverkonfigurationen. Die folgenden Schritte helfen Ihnen, die Kompatibilität sicherzustellen:

1. Hardware prüfen: Vergewissern Sie sich, dass Ihre Server und Speichergeräte NVMe-oF unterstützen. Suchen Sie nach Firmware-Updates, die diese Funktion aktivieren.
2. Software aktualisieren: Stellen Sie sicher, dass Ihre Betriebssysteme und Treiber auf dem neuesten Stand sind. Das trägt zu einer optimalen Leistung und Kompatibilität mit NVMe-oF bei.
3. Konfiguration testen: Führen Sie vor der vollständigen Bereitstellung von NVMe-oF Tests in einer kontrollierten Umgebung durch. So erkennen Sie mögliche Probleme, ohne Ihre Produktivsysteme zu stören.
4. Leistung überwachen: Überwachen Sie nach der Implementierung die Leistung Ihres Speichers kontinuierlich. So erkennen Sie Engpässe und optimieren Ihre Einrichtung für eine bessere Speichereffizienz.

Firmware und Software aktuell zu halten, ist entscheidend, um die Vorteile von NVMe-oF voll auszuschöpfen. Regelmäßige Updates können die Leistung steigern, die Sicherheit verbessern und die Kompatibilität mit neuen Technologien sicherstellen. Wenn Sie diese Schritte befolgen, integrieren Sie NVMe-oF erfolgreich in Ihren Fabric-Data-Lake und schöpfen dessen volles Potenzial für Skalierbarkeit und Effizienz aus.

Praktische Schritte für die NVMe-Implementierung

Bestehende Infrastruktur bewerten

Bevor Sie NVMe in Ihren Fabric-Data-Lake integrieren, sollten Sie Ihre aktuelle Infrastruktur sorgfältig bewerten. Dieser Schritt hilft Ihnen zu erkennen, welche Komponenten aktualisiert oder angepasst werden müssen, damit NVMe-Speicher effektiv eingesetzt werden kann. Beginnen Sie mit der Prüfung Ihrer vorhandenen Speichergeräte, Ihrer Netzwerkkonfiguration und Ihrer Serverkonfigurationen. Prüfen Sie, ob Ihre Hardware NVMe-Protokolle unterstützt und ob Ihr Netzwerk den erhöhten Datenfluss der NVMe-Laufwerke bewältigen kann.

Überprüfen Sie Ihre Netzwerkeinstellungen, insbesondere wenn Sie iSCSI oder ähnliche Protokolle verwenden. Die Einstellung der Maximum Transmission Unit (MTU) auf 9000, sowohl auf Cluster- als auch auf VM-Ebene, kann die Leistung verbessern, weil die Paketfragmentierung reduziert wird. Stellen Sie außerdem sicher, dass Ihr Layer-2-Netzwerk über dieselben Fabric Interconnects betrieben wird, um niedrige Latenz und hohen Durchsatz zu gewährleisten.

Prüfen Sie die Ressourcen Ihrer Storage Controller. Wenn Sie den Arbeitsspeicher der Storage-Controller-VMs um mindestens 2 GB erhöhen, kann dies die iSCSI-Leistung verbessern. Verwenden Sie für Oracle-ASM-Konfigurationen auf Red Hat 7 oder Oracle Enterprise Linux 7 UDEV statt ASMLib, um eine bessere Kompatibilität und Stabilität zu erreichen.

Analysieren Sie abschließend Ihre Einstellungen für die Device Queue Depth. Wenn Sie die Queue-Depth-Größe in Ihrer iSCSI-Discovery-Konfiguration an die Anforderungen Ihrer Anwendung anpassen, lassen sich Engpässe bei datenintensiven Workloads mit hoher Last vermeiden. Diese Bewertungsphase schafft eine solide Grundlage für eine reibungslose NVMe-Migration.

Planung der Migration

Die Planung Ihrer Migration auf NVMe-Speicher erfordert große Sorgfalt im Detail. Vermeiden Sie typische Fallstricke wie die Unterschätzung der Transparenz während der Migration, die zu Verzögerungen führen und Anwendungen stören kann. Widerstehen Sie außerdem dem Drang, ohne klaren Plan in Hardware zu investieren, denn das kann zu verschwendeten Ressourcen führen.

Diese bewährten Vorgehensweisen unterstützen Sie bei Ihrer Migration:

• Aktivieren Sie den HyperFlex Boost Mode, um die Speicherleistung zu maximieren.
• Verteilen Sie virtuelle Festplatten auf mehrere SCSI-Controller, um die Parallelität zu erhöhen und Engpässe zu reduzieren.
• Passen Sie die Queue Depth vom Standardwert 64 auf bis zu 254 an, um hohe I/O-Workloads effektiv zu bewältigen.
• Nutzen Sie Testwerkzeuge wie SLOB und Swingbench, um reale Datenlasten zu simulieren und Ihre Konfiguration zu validieren.

Das Testen Ihrer NVMe-Implementierung in einer kontrollierten Umgebung hilft Ihnen, Leistungsprobleme frühzeitig zu erkennen. Führen Sie Simulationen durch, die Ihre datenintensiven Workloads nachbilden, um zu sehen, wie Storage und Netzwerk reagieren. Optimieren Sie die Konfiguration auf Basis dieser Ergebnisse, bevor Sie in den Produktivbetrieb gehen.

Wenn Sie diese Schritte befolgen, profitiert Ihr Fabric-Data-Lake voll von der niedrigen Latenz und dem hohen Durchsatz von NVMe. Dieser Ansatz hilft Ihnen, datenintensive Workloads effizienter zu verarbeiten, und hält Ihre Storage-Infrastruktur für künftiges Wachstum bereit.

Praxisbeispiele für NVMe

Fallstudie: Finanzdienstleistungen

Die Finanzdienstleistungsbranche hat von der NVMe-Implementierung in Data Lakes stark profitiert. NVMe-Laufwerke mit PCIe 5.0 ermöglichen extrem hohen Durchsatz und niedrige Latenz. Diese Eigenschaften sind entscheidend für die Verarbeitung großer Transaktionsvolumen und für Datenanalysen. Folgende zentrale Leistungskennzahlen haben sich verbessert:

• Lese-Latenzen unter 100 Mikrosekunden
• Schreib-Latenzen unter 20 Mikrosekunden
• Sequenzielle Lesegeschwindigkeiten über 12.000 MB/s
• Schreibgeschwindigkeiten über 11.000 MB/s
• Zufällige Lese-/Schreib-IOPS über 1,3 Millionen

Diese Verbesserungen unterstützen eine schnellere Datenaufnahme und Echtzeitanalysen, die für Anwendungen wie den Hochfrequenzhandel unverzichtbar sind. NVMe-Laufwerke bewältigen Tausende kleiner Datenbanktransaktionen effizient und verbessern so Reaktionsfähigkeit und Skalierbarkeit. Zusätzlich senken Effizienzgewinne beim Energieverbrauch die Stromaufnahme und Wärmeentwicklung und damit die Betriebskosten. Das unterstützt nachhaltige Praktiken in Rechenzentren. Skalierbarkeit und geringerer Wartungsaufwand ermöglichen es Finanzinstituten, wachsende Datenmengen effektiv zu verwalten, ohne häufige und kostspielige Aufrüstungen.

Fallstudie: Datenmanagement im Gesundheitswesen

Im Gesundheitswesen verändert die NVMe-Technologie das Datenmanagement und die Patientenversorgung. Krankenhäuser und Kliniken erzeugen täglich enorme Datenmengen. NVMe-Speicherlösungen ermöglichen einen schnellen Zugriff auf diese Daten, was für zeitnahe Entscheidungen entscheidend ist. Medizinische Bildgebungsanwendungen profitieren beispielsweise erheblich von der Geschwindigkeit von NVMe's. Radiologen können hochauflösende Bilder nahezu sofort abrufen, was zu schnelleren Diagnosen führt.

Darüber hinaus steigert NVMe die Leistung von Systemen für elektronische Patientenakten (EHR). Mit NVMe können medizinische Einrichtungen Patientenakten schnell abrufen, was die Effizienz der Arbeitsabläufe verbessert. Gerade in Notfällen, in denen jede Sekunde zählt, ist diese Geschwindigkeit entscheidend. Die Möglichkeit, Patientendaten in Echtzeit auszuwerten, unterstützt zudem bessere Behandlungspläne und Ergebnisse.

Mit der Einführung von NVMe können Gesundheitsorganisationen sicherstellen, dass ihre Data Lakes reaktionsschnell und effizient bleiben. Diese Technologie verbessert nicht nur die Patientenversorgung, sondern vereinfacht auch administrative Prozesse, sodass sich medizinisches Personal stärker auf seine Patientinnen und Patienten konzentrieren kann.

Herausforderungen bei der NVMe-Einführung

Kostenaspekte

Die Einführung von NVMe-Lösungen kann für Organisationen erhebliche Kostenfolgen haben. Die NVMe-Technologie bietet zwar beeindruckende Leistungsvorteile, die Anfangsinvestition kann jedoch höher sein als bei herkömmlichen Speicheroptionen. Nachfolgend sehen Sie einen Kostenvergleich verschiedener Speicherlösungen:

Trotz dieser Kosten können Organisationen langfristig erhebliche Einsparungen erzielen. So berichten Unternehmen, die GPU-optimierten Objektspeicher nutzen, von einer Verkürzung der Trainingszeit um 60 %. Zudem sinken die Speicherkosten im Vergleich zu klassischen SAN/NAS-Systemen um 75 %. NVMe-Lösungen ermöglichen außerdem eine Skalierung von Terabyte- bis in den Exabyte-Bereich, ohne dass Architekturänderungen nötig sind. Damit sind sie eine lohnende Investition für künftiges Wachstum.

Anforderungen an technisches Know-how

Die Implementierung von NVMe-Lösungen erfordert ein gewisses Maß an technischem Know-how. Die genauen Anforderungen können zwar variieren, ein mittleres bis fortgeschrittenes technisches Wissen ist für eine erfolgreiche Einführung jedoch von Vorteil. Die folgenden Ressourcen helfen Ihrem Team, die nötigen Fähigkeiten aufzubauen:

• Teamschulungen
• Lern- und Kompetenzpfade
• Zertifizierungen
• Kurskatalog
• Zugang zu Communitys und Wissensdatenbanken

Diese Ressourcen bieten strukturierte Schulungen und Unterstützung und erleichtern es Ihrem Team, sich auf die NVMe-Technologie einzustellen. Investitionen in Schulungen stellen sicher, dass Ihre Organisation latenzkritische Anwendungen effektiv betreiben und die Speicherleistung optimieren kann.

Die Implementierung von NVMe-Lösungen in Ihrem Fabric-Data-Lake kann Leistung und Effizienz deutlich steigern. Sie profitieren von einem Zugriff mit niedriger Latenz und einem höheren Durchsatz, die für die Verarbeitung großer Datenmengen und Echtzeitanalysen entscheidend sind. Berücksichtigen Sie bei der Einführung von NVMe die folgenden Trends, die die Zukunft dieser Technologie prägen:

Wenn Sie diese Entwicklungen nutzen, positionieren Sie Ihre Organisation für eine erfolgreiche datengetriebene Zukunft. Ergreifen Sie noch heute konkrete Maßnahmen, um Ihre Datenmanagementstrategien zu verbessern und das volle Potenzial Ihres Data Lakes auszuschöpfen. Eine umfassende Diskussion zur Optimierung dieser Konfigurationen finden Sie in der begleitenden Podcast-Folge: Speed Fabric and AKS Workloads with Local NVMe Storage.

Häufige Fragen

Was ist NVMe?

NVMe steht für Non-Volatile Memory Express. Es handelt sich um ein Protokoll, das den effizienten Zugriff auf Hochgeschwindigkeits-Speichermedien wie SSDs ermöglicht. Im Vergleich zu herkömmlichen Speicherprotokollen reduziert NVMe die Latenz deutlich und erhöht den Durchsatz.

Wie verbessert NVMe die Leistung von Data Lakes?

NVMe steigert die Leistung von Data Lakes durch einen Zugriff mit niedriger Latenz und hohen Durchsatz. Dadurch können Sie große Datenmengen schnell verarbeiten und die Antwortzeiten für Analysen und Echtzeitanwendungen verbessern.

Was ist NVMe-oF?

NVMe over Fabrics (NVMe-oF) erweitert die Fähigkeiten von NVMe auf verschiedene Netzwerk-Fabrics. Die Lösung behält eine hohe Leistung und niedrige Latenz bei und ermöglicht es, Befehle über unterschiedliche Netzwerke zu übertragen, etwa RDMA oder Fibre Channel.

Brauche ich spezielle Hardware für NVMe?

Möglicherweise benötigen Sie NVMe-kompatible Hardware, etwa SSDs und Mainboards, die das NVMe-Protokoll unterstützen. Viele Cloud-Anbieter stellen jedoch NVMe-fähige virtuelle Maschinen bereit, wodurch der Bedarf an zusätzlichen Hardware-Investitionen sinkt.

Wie kann ich meine bestehende Infrastruktur auf NVMe hin prüfen?

Beginnen Sie damit, Ihre vorhandenen Speichergeräte, Ihr Netzwerk-Setup und Ihre Serverkonfigurationen zu überprüfen. Kontrollieren Sie, ob Ihre Hardware NVMe unterstützt, und stellen Sie sicher, dass Ihr Netzwerk den erhöhten Datenfluss von NVMe-Laufwerken bewältigen kann.

Welche Kostenfolgen hat die Einführung von NVMe?

NVMe-Lösungen können zwar höhere Anschaffungskosten verursachen, sie können aber langfristig Einsparungen bringen. Eine verbesserte Leistung kann Trainingszeiten und Speicherkosten senken und macht NVMe so zu einer lohnenswerten Investition für künftiges Wachstum.

Sind technische Kenntnisse für die Implementierung von NVMe erforderlich?

Ja, die Implementierung von NVMe-Lösungen erfordert technisches Grundwissen. Wenn Sie Ihr Team in der NVMe-Technologie und bewährten Vorgehensweisen schulen, trägt das dazu bei, die Einführung und Verwaltung latenzkritischer Anwendungen erfolgreich zu gestalten.

Kann NVMe auch Branchen außerhalb der Technologiebranche nutzen?

Auf jeden Fall! Branchen wie Finanzwesen und Gesundheitswesen profitieren deutlich von NVMe. Schnellerer Datenzugriff verbessert die Transaktionsverarbeitung, Echtzeitanalysen und die Patientenversorgung und macht NVMe so in zahlreichen Sektoren wertvoll.