NVMe i SATA: czym się różnią i który z nich jest szybszy?

NVMe jest podobny do SATA, ale ma nad nim pewne zalety. Ważne jest, aby pamiętać, że ten artykuł zawiera wiele szczegółów technicznych; jeśli jesteś po prostu zainteresowany tym, który dysk wybrać, napisaliśmy inny artykuł zatytułowany Konwencjonalne dyski SSD i dyski NVMe.

NVMe (Non-Volatile Memory Express) to protokół interfejsu zaprojektowany specjalnie dla dysków półprzewodnikowych (SSD). Dyski SSD nie mają ruchomych części i są pod wieloma względami bardziej wytrzymałe niż dyski HDD. Obecnie dyski SSD są już głównym źródłem pamięci masowej dla smartfonów i tabletów. Ponadto, dyski SSD są droższe niż dyski HDD i są często używane jako pamięć podręczna w połączeniu z dyskami HDD w celu zwiększenia wydajności komputera.

Ponieważ dyski SSD coraz częściej zastępują wolniejsze dyski twarde (HDD) w komputerach, potrzebny był nowy interfejs, aby wykorzystać wysokie prędkości dysków SSD. W przeszłości instalacje SSD uzyskiwały dostęp do dysków SSD za pośrednictwem interfejsów takich jak Serial Attached SCSI (SAS) i Serial ATA (SATA), które były używane z wolniejszymi dyskami twardymi. Dyski SSD mają jednak tę przewagę, że zapewniają szybszy dostęp za pośrednictwem interfejsu PCI Express (PCIe).

NVME został zaprojektowany od podstaw jako metoda zapewnienia wydajnego dostępu do urządzeń pamięci masowej z pamięcią nieulotną (flash), a mianowicie dysków półprzewodnikowych (SSD). NVMe zapewnia szybszy interfejs umożliwiający wykorzystanie prędkości, do których zdolne są dyski SSD. W rzeczywistości NVMe jest zoptymalizowanym, skalowalnym interfejsem kontrolera hosta zaprojektowanym dla systemów korporacyjnych, centrów danych i systemów klienckich wykorzystujących dyski SSD PCI Express (PCIe).

Specyfikacja standardu NVMe jest dostępna na stronie nvmexpress.org.

Istnieje kilka alternatywnych interfejsów dla dysków SSD (które mogą być używane do zastępowania dysków twardych w komputerach PC), takich jak Serial ATA (SATA), mSATA i PCIe. W przypadku PCIe, wewnętrzny interfejs może być używany, jeśli dysk SSD znajduje się na płycie, którą można podłączyć do złącza PCIe na płycie głównej. Dzisiejsze serwery mogą uzyskiwać dostęp do dysków SSD za pośrednictwem szeregowego interfejsu SCSI (SAS), SATA, PCIe lub światłowodu.

Dyski SSD oparte na NVMe wykorzystują PCIe w celu zmniejszenia opóźnień. Formaty wykorzystujące protokół NVMe muszą łączyć się z PCIe w komputerze. Połączenia dla NVMe można wykonać za pomocą karty rozszerzeń PCIe, 2,5-calowego złącza U.2 lub małego formatu M.2. Obecnie producenci dysków SSD wykazują tendencję do przechodzenia na PCIe, a większość z nich korzysta ze złącza M.2, znanego jako "Next Generation Form Factor".

Jak działa NVMe?

Submission and Completion Queue to jeden z mechanizmów wykorzystujących technologię SSD w NVMe. Oprogramowanie hosta kolejki zarządza przepływem danych SSD, tworzy i usuwa poszczególne kolejki, anuluje polecenia itp. Komputer z czterema rdzeniami może mieć cztery pary kolejek, aby zapewnić przechowywanie struktur danych w pamięci podręcznej odpowiedniego rdzenia (patrz rysunek). Co więcej, NVMe obsługuje wiele głębokich kolejek, które są od siebie niezależne.

Rysunek. W przypadku NVMe, system kolejki zgłoszeń i zakończeń jest jednym z mechanizmów wykorzystujących technologię SSD (ilustracja: nvmexpress.org).

Dyski SSD NVMe na rynku

Technologia NVMe została pierwotnie stworzona dla systemów korporacyjnych i centrów danych. Obecnie NVMe stopniowo wkracza na rynek konsumencki.

SATA ma ograniczenie przepustowości do 6,0 gigabitów na sekundę (Gbps), podczas gdy SAS ma ograniczenie przepustowości do 12 Gbps.

NVMe to protokół interfejsu, który wykorzystuje technologię PCIe do przesyłania danych między procesorem a dyskiem SSD.

PCIe 3.0 został wydany w 2010 roku i zapewnia przepustowość rzędu 1 GB/s na linię (dwukierunkowo).

Dzięki 4 liniom, PCIe 3.0 zapewnia 8 Gb/s w obu kierunkach jednocześnie (dupleks), co daje łącznie 16 Gb/s.

PCIe jest również skalowalne. Na 16 torach PCIe 3.0 zapewnia dupleks 16 Gb/s.

Specyfikacja PCIe 4.0 została opublikowana pod koniec 2017 roku. W porównaniu do PCIe 3.0, podwojono przepustowość, zmniejszono opóźnienia, poprawiono skalowalność i obsługę wirtualizacji. Specyfikacja PCI Express 5.0 ma pojawić się w 2019 roku. Oczekuje się, że prędkość magistrali PCI Express 5.0 osiągnie 32 GT/s (gigatransakcje/s).