Что такое технология твердотельных накопителей NVMe?

Что такое технология твердотельных накопителей NVMe?

Преимущества NVMe

Технология NVMe обеспечивает превосходное хранение данных, превосходную скорость и превосходную совместимость. Поскольку в технологии NVMe используются разъемы PCIe, она обеспечивает передачу в 25 раз большего объема данных по сравнению с аналогичными устройствами SATA. Наряду с большим объемом данных команды NVMe выполняются в 2 раза быстрее, чем в накопителях AHCI. Кроме того, количество операций ввода-вывода в секунду (IOPS) в устройствах NVMe превышает 1 миллион, и операции выполняются до 900% быстрее по сравнению с накопителями AHCI. NVMe также напрямую связывается с ЦП системы, обеспечивая невероятную скорость благодаря своей совместимости. Накопители NVMe работают со всеми основными операционными системами независимо от форм-фактора.

NVME LogoNVMe (Non-Volatile Memory Express) — это интерфейс связи и драйвер, который использует преимущества увеличенной полосы пропускания, обеспечиваемой PCIe. Он разработан для повышения производительности и эффективности, обеспечивая при этом совместимость с широким спектром корпоративных и клиентских систем. Технология NVMe была разработан для твердотельных накопителей и обменивается данными между интерфейсом хранилища и процессором системы, используя высокоскоростные разъемы PCIe без ограничений форм-фактора.

Протокол NVMe использует параллельные пути передачи данных с малой задержкой к базовому носителю, подобно архитектурам высокопроизводительных процессоров. Это обеспечивает значительно более высокую производительность и меньшие задержки по сравнению с протоколами SAS и SATA. NVMe может поддерживать множество очередей ввода-вывода — до 64 тыс. очередей глубиной 64 тыс. записей каждая. В результате задачи ввода/вывода могут передавать больший объем данных быстрее, чем старые модели хранения данных с использованием устаревших драйверов, таких как AHCI (Advanced Host Controller Interface). Поскольку протокол NVMe разработан специально для твердотельных накопителей, он неизбежно станет новым отраслевым стандартом.

Твердотельные накопители: тогда и сейчас

Шины данных передают данные внутри системы, и когда впервые появились твердотельные накопители на базе технологии NAND, для отрасли стало очевидно, что необходимы новая шина и новый протокол.

  • Первые твердотельные накопители были относительно медленными, и было удобно использовать имеющуюся инфраструктуру хранилища SATA. Несмотря на то, что скорость шины SATA выросла до 16 Гбит/с, почти все коммерческие реализации шины SATA остаются на уровне 6 Гбит/с.
  • Общая пропускная способность PCIe 3.0 составляет 16 Гбит/с, а технология PCIe 4.0 удвоила этот показатель. Она обеспечивает до 16 линий и может передавать данные со скоростью до 32 000 МБ/с, в то время как SATA III поддерживает скорость только до 600 МБ/с.

Решение использовать имеющуюся технологию шины с более высокой пропускной способностью привело к замене протоколов SATA на технологию PCIe. Технология PCIe появилась за несколько лет до NVMe, но поскольку предыдущие решения были ограничены старыми протоколами передачи данных, такими как SATA и AHCI, они не могли быть использованы в полной мере до последнего времени. Технология NVMe устранила узкие места и сняла ограничения, обеспечивая выполнение команд с малой задержкой и очереди глубиной 64 тыс. записей. Большое количество очередей обеспечивает более быструю передачу данных, поскольку данные записываются на твердотельные накопители рассредоточенно с использованием ячеек и блоков, а не на вращающихся дисках, таких как жесткие диски.

Коммуникационные драйверы AHCI и NVMe

Коммуникационные драйверы используются операционными системами для обмена данными с устройствами хранения. Драйверы NVMe работают быстрее, чем драйверы AHCI, которые обычно используются в интерфейсах SATA.

  • Драйвер NVMe разработан специально для твердотельных накопителей с флеш-технологией. В результате он работает быстрее, чем драйверы AHCI, которые были разработаны для обычных вращающихся жестких дисков.
  • В то время как в NVMe есть 64 тыс. очередей команд и возможность отправки 64 тыс. команд на каждую очередь, в AHCI есть только одна очередь команд и возможность отправки только 32 команд на очередь.
  • В драйверах AHCI команды используют большое число циклов ЦП с задержкой 6 микросекунд, в то время как команды драйвера NVMe используют малое число циклов ЦП с задержкой 2,8 микросекунды.

Драйвер NVMe напрямую взаимодействует с системным процессором, а AHCI должен связываться с контроллером SATA. AHCI имеет показатель IOPS (число операций ввода/вывода в секунду) до 100 тыс., в то время как для NVMe IOPS составляет более 1 миллиона. IOPS (число операций ввода-вывода в секунду, произносится "ай-опс") — это стандартный показатель производительности, используемый для тестирования компьютерных запоминающих устройств.

Форм-факторы твердотельных накопителей NVMe

Твердотельные накопители NVMe бывают разных форм-факторов, но это зависит от варианта использования или приложения.

    • В потребительских устройствах и клиентских системах используются форм-факторы BGA и M.2.
    • В центрах обработки данных и серверах используются форм-факторы M.2, U.2, U.3 и EDSFF.

В рамках EDSFF (Enterprise and Data Center SSD Form Factor) предпринимаются усилия по обеспечению динамического диапазона форм-факторов и стандартов, которые используют один и тот же протокол (NVMe), один и тот же интерфейс (PCIe) и собственный краевой разъем (SFF-TA-1002), распиновку и функции (SFF-TA-1009).

Kingston NVMe SSDs

Чтобы узнать, как коронавирус COVID-19 повлиял на нашу деятельность щелкните здесь.