NVMe y SATA: en qué se diferencian y cuál es más rápido

NVMe es similar a SATA, pero tiene algunas ventajas sobre él. Examinémoslas. Es importante tener en cuenta que este artículo contiene muchos detalles técnicos; si simplemente le interesa saber qué disco elegir, hemos escrito otro artículo titulado Unidades SSD convencionales y unidades NVMe.

NVMe (Non-Volatile Memory Express) es un protocolo de interfaz diseñado específicamente para unidades de estado sólido (SSD). Las SSD no tienen partes móviles y son en muchos aspectos más robustas que las HDD. Ahora mismo, las SSD son ya la principal fuente de almacenamiento de smartphones y tabletas. Además, las SSD son más caras que los HDD y suelen utilizarse como caché junto con los HDD para aumentar el rendimiento de los ordenadores.

Con las SSD sustituyendo cada vez más a los lentos discos duros (HDD) en los ordenadores, se necesitaba una nueva interfaz para aprovechar las altas velocidades de las SSD. Históricamente, las instalaciones de SSD accedían a ellas a través de interfaces como Serial Attached SCSI (SAS) y Serial ATA (SATA), que se utilizaban con discos duros más lentos. Sin embargo, las SSD tienen la clara ventaja de ofrecer un acceso más rápido a través de PCI Express (PCIe).

NVME se diseñó desde cero como método para proporcionar un acceso eficiente a los dispositivos de almacenamiento con memoria no volátil (flash), es decir, las unidades de estado sólido (SSD). NVMe proporciona una interfaz más rápida para explotar las velocidades de las que son capaces las SSD. De hecho, NVMe es una interfaz de controlador de host optimizada y escalable diseñada para sistemas empresariales, centros de datos y sistemas cliente que utilizan SSD PCI Express (PCIe).

La especificación del estándar NVMe está disponible en nvmexpress.org.

Existen varias interfaces alternativas para las SSD (que pueden utilizarse para sustituir a los discos duros en los PC), como Serial ATA (SATA), mSATA y PCIe. En el caso de PCIe, puede utilizarse la interfaz interna si la SSD está en una placa que puede enchufarse a un conector PCIe de la placa base. Los servidores actuales pueden acceder a las SSD a través de SCSI serie (SAS), SATA, PCIe o fibra óptica.

Las SSD basadas en NVMe utilizan PCIe para lograr una latencia reducida. Los factores de forma que utilizan el protocolo NVMe deben conectarse a PCIe en el ordenador. Las conexiones para NVMe pueden realizarse a través de una tarjeta de expansión PCIe, un conector U.2 de 2,5 pulgadas o un pequeño factor de forma M.2. En la actualidad, los fabricantes de SSD muestran una tendencia a pasarse a PCIe, y la mayoría utiliza el conector M.2, conocido como "factor de forma de nueva generación".

¿Cómo funciona NVMe?

La cola de presentación y finalización es uno de los mecanismos que aprovechan la tecnología SSD en NVMe. El software anfitrión de la cola gestiona el flujo de datos SSD, crea y elimina colas individuales, cancela comandos, etc. Un ordenador con cuatro núcleos puede tener cuatro pares de colas para garantizar que las estructuras de datos se almacenan en la caché del núcleo adecuado (véase la figura). Además, NVMe admite varias colas profundas independientes entre sí.

Figura. Para NVMe, el sistema de colas de presentación y finalización es un mecanismo que aprovecha la tecnología SSD (Imagen: nvmexpress.org)

Unidades SSD NVMe en el mercado

NVMe se creó originalmente para sistemas empresariales y centros de datos. Ahora, NVMe está entrando poco a poco en el mercado de consumo.

SATA tiene un límite de ancho de banda de 6,0 gigabits por segundo (Gbps), mientras que SAS tiene un límite de ancho de banda de 12 Gbps.

NVMe es un protocolo de interfaz que utiliza la tecnología PCIe para transferir datos entre un procesador y una unidad SSD.

PCIe 3.0 se lanzó en 2010 y proporciona ~1 GB/s por línea (bidireccional).

Con 4 carriles, PCIe 3.0 proporcionará 8 Gbps en ambas direcciones simultáneamente (dúplex) para un total de 16 Gbps.

PCIe también es escalable. Con 16 carriles, PCIe 3.0 proporciona un dúplex de 16 Gbps.

La especificación PCIe 4.0 se publicó a finales de 2017. En comparación con PCIe 3.0, duplicó el rendimiento, redujo la latencia, mejoró la escalabilidad y la compatibilidad con la virtualización. Está previsto que la especificación PCI Express 5.0 aparezca en 2019. Se espera que la velocidad del bus PCI Express 5.0 alcance los 32 GT/s (Gigatransacciones/s).