NVMe in SATA: kakšne so razlike in kaj je hitrejše

Sistem NVMe je podoben sistemu SATA, vendar ima v primerjavi z njim nekaj prednosti. Pomembno je opozoriti, da ta članek vsebuje veliko tehničnih podrobnosti; če vas preprosto zanima, kateri disk izbrati, smo napisali drug članek z naslovom Konvencionalni pogoni SSD in pogoni NVMe.

NVMe (Non-Volatile Memory Express) je protokol vmesnika, zasnovan posebej za pogone SSD. SSD-ji nimajo gibljivih delov in so v mnogih pogledih bolj robustni kot trdi diski. Trenutno so SSD-ji že glavni vir shranjevanja za pametne telefone in tablične računalnike. Poleg tega so SSD-ji dražji od HDD-jev in se pogosto uporabljajo kot predpomnilnik v povezavi s HDD-ji za povečanje zmogljivosti računalnika.

Ker SSD-ji v računalnikih vse bolj nadomeščajo počasnejše trde diske (HDD), je bil potreben nov vmesnik, ki bi izkoristil visoke hitrosti SSD-jev. V preteklosti so namestitve SSD do SSD dostopale prek vmesnikov, kot sta Serial Attached SCSI (SAS) in Serial ATA (SATA), ki sta se uporabljala s počasnejšimi trdimi diski. Vendar imajo SSD-ji izrazito prednost, saj omogočajo hitrejši dostop prek vmesnika PCI Express (PCIe).

NVME je bil od samega začetka zasnovan kot metoda za zagotavljanje učinkovitega dostopa do pomnilniških naprav z nevolatilnim (flash) pomnilnikom, tj. polprevodniških pogonov (SSD). NVMe zagotavlja hitrejši vmesnik za izkoriščanje hitrosti, ki jih zmorejo SSD-ji. Pravzaprav je NVMe optimiziran, skalabilen vmesnik gostiteljskega krmilnika, zasnovan za poslovne sisteme, podatkovne centre in odjemalske sisteme, ki uporabljajo pogone SSD PCI Express (PCIe).

Specifikacija standarda NVMe je na voljo na spletni strani nvmexpress.org.

Obstaja več alternativnih vmesnikov za SSD-je (s katerimi je mogoče nadomestiti trde diske v osebnih računalnikih), kot so Serial ATA (SATA), mSATA in PCIe. Pri vmesniku PCIe se lahko notranji vmesnik uporablja, če je SSD na plošči, ki jo je mogoče priključiti na priključek PCIe na osnovni plošči. Današnji strežniki lahko do SSD-jev dostopajo prek zaporednega vmesnika SCSI (SAS), SATA, PCIe ali optičnih vlaken.

SSD, ki temeljijo na NVMe, uporabljajo PCIe za doseganje manjše zakasnitve. Faktorji oblike, ki uporabljajo protokol NVMe, se morajo priključiti na PCIe v računalniku. Povezave za NVMe so lahko izvedene prek razširitvene kartice PCIe, 2,5-palčnega priključka U.2 ali majhnega formata M.2. V teh dneh proizvajalci SSD-jev kažejo težnjo po prehodu na PCIe, pri čemer večina uporablja priključek M.2, znan kot "oblikovni faktor naslednje generacije".

Kako deluje NVMe?

Vrstni red za oddajo in dokončanje je eden od mehanizmov, ki uporabljajo tehnologijo SSD v NVMe. Programska oprema gostitelja čakalne vrste upravlja pretok podatkov SSD, ustvarja in briše posamezne čakalne vrste, preklicuje ukaze itd. Računalnik s štirimi jedri ima lahko štiri pare čakalnih vrst, da se zagotovi shranjevanje podatkovnih struktur v predpomnilnik ustreznega jedra (glejte sliko). Poleg tega NVMe podpira več globokih čakalnih vrst, ki so med seboj neodvisne.

Slika. Sistem čakalnih vrst za oddajo in dokončanje je pri NVMe eden od mehanizmov, ki izkorišča prednosti tehnologije SSD (Slika: nvmexpress.org)

SSD diski NVMe na trgu

Sistem NVMe je bil prvotno ustvarjen za sisteme podjetij in podatkovne centre. Zdaj pa NVMe postopoma vstopa na potrošniški trg.

Omejitev pasovne širine SATA je 6,0 gigabitov na sekundo (Gb/s), medtem ko je omejitev pasovne širine SAS 12 Gb/s.

NVMe je protokol vmesnika, ki uporablja tehnologijo PCIe za prenos podatkov med procesorjem in SSD.

PCIe 3.0 je bil izdan leta 2010 in zagotavlja ~1 GB/s na linijo (dvosmerno).

S štirimi progami bo PCIe 3.0 zagotavljal 8 Gb/s v obe smeri hkrati (obojestransko), skupaj 16 Gb/s.

PCIe je tudi razširljiv. Na 16 linijah PCIe 3.0 je obojestranska hitrost 16 Gb/s.

Specifikacija PCIe 4.0 je bila objavljena konec leta 2017. V primerjavi s PCIe 3.0 je podvojila prepustnost, zmanjšala zakasnitve, izboljšala skalabilnost in podporo virtualizaciji. Specifikacija PCI Express 5.0 bo predvidoma objavljena leta 2019. Hitrost vodila PCI Express 5.0 naj bi dosegla hitrost 32 GT/s (gigatransakcij/s).