Monitor de computador de tela plana sobre uma mesa exibindo um KC2500 e KC600

NVMe versus SATA: Qual a diferença?

Quando se trata de tecnologia de armazenamento superior, NVMe está à frente dos demais. Mesmo à primeira vista, as diferenças entre NVMe e SATA em termos de desempenho são impressionantes. A interface e drivers de comunicação entre NVMe e SATA são completamente diferentes já que SATA usa drives AHCI que são projetados para drives de disco rígido (HDD) com tecnologia spinning, enquanto o driver NVMe é projetado especificamente para SSDs com tecnologia flash. Além disso, NVMe pode aproveitar soquetes PCIe para comunicar a interface de armazenamento e o CPU do sistema para um melhor aproveitamento. Comparando a um evento esportivo, seria como uma corrida de F1 verso uma corrida de stock cars.

À primeira vista, mesmo ambos sendo rápidos, a comparação destes dois tipos de drives de estado sólido destaca suas diferenças Olhar estas diferenças vale à pena quando se avalia suas necessidades e exigências

SSDs SATA

Um SSD SATA de 2,5 pol em um laptop

A tecnologia Serial ATA (SATA) foi introduzida nos anos 2000 como uma melhoria à tecnologia Parallel ATA existente, que foi prejudicada pelo tamanho do cabo, custo, desempenho e funcionalidade. Ambas as tecnologias foram suficientes para drives de disco rígido (HDDs), que tinham muito menos capacidade do que os drives de estado sólido (SSDs) de hoje em dia. O advento dos SSDs com base em SATA demonstrou que o barramento ATA alcançou seu limite de desempenho. Onde os HDDs somente podiam alcançar 50-120 MB/s em desempenho de gravação, SSDs poderiam saturar o barramento SATA a 550 MB/s. A despeito da limitação de barramento, é comum observar uma melhora geral no desempenho do sistema de 10 a 15 vezes ao usar SSDs com base em SATA no lugar da antiga tecnologia HDD.

AHCI

A Interface do Controlador de Host Avançada (Advanced Host Controller Interface - AHCI) é um modo de comunicação projetado em 2004 para melhorar o desempenho e o serviço de dispositivos de armazenamento conectados ao SATA. Ela foi projetada para HDDs e introduziu uma fila única de solicitação de armazenamento com uma profundidade de até 32 comandos. Isso significa que os HDDs podem alcançar taxas de transferência e desempenho mais altas, mas a implementação se transformaria em um futuro gargalo para a tecnologia de controlador SSD. Por exemplo, os HDDs poderiam atingir até 200 operações de entrada/saída por segundo (IOPS), enquanto SSDs com base em SATA poderiam atingir até 100.000 IOPS e serem artificialmente limitados em seu desempenho pelo barramento SATA.

SSDs NVMe

SSD NVMe Kingston instalado em um PC

A tecnologia de Memória Não Volátil Expressa, (NVMe) foi introduzida em 2011 para enfrentar os diversos gargalos dos protocolos SATA de interface e comunicação. A tecnologia NVMe utiliza o barramento PCIe, ao invés do barramento SATA, para liberar o enorme potencial de largura de banda para dispositivos de armazenamento. A PCIe 4.0 (a versão atual) oferece até 32 pistas e pode, em teoria, transferir dados até 64.000 MB/s em comparação ao limite de especificação de 600 MB/s da SATA III. A especificação NVMe também permite 65535 filas de comando, podendo ter até 65536 comandos por fila. Lembre-se de que os SSDs com base em SATA estão limitados à uma fila única com uma profundidade de apenas 32 comandos por fila. A tecnologia NVMe cria um potencial enorme para dispositivos de armazenamento através de uma maior eficiência, desempenho e interoperabilidade em uma vasta gama de sistemas. É uma crença geral que a tecnologia se transformará no novo padrão do setor.

Formatos SSD

Enquanto os HDDs tem normalmente 2,5 ou 3,5 polegadas de largura e a maioria dos SSDs com base em SATA tem 2,5 polegadas de largura e 7 mm de espessura, os drives NVMe assumem vários novos formatos que lhes permite se adequarem a diversos dispositivos.

  • M.2 - A redução do tamanho do drive físico observada no formato do M.2 garante a futura onipresença desses dispositivos de armazenamento. 22 se refere à largura e 30/42/80/110 se refere ao comprimento em milímetros. Atualmente, o M.2 2280 suporta SATA, sendo também o formato SSD NVMe mais comum para NVMe. À medida que a tecnologia vai se aperfeiçoando e se ajustando, isso pode mudar.
  • U.2 - Referem-se aos dispositivos de armazenamento mais caros e de melhor desempenho, normalmente encontrados em ambientes de data center/armazenamento empresarial.
  • Placas PCIe Add-in - Esses SSDs NVMe de alto desempenho encontraram seu espaço em sistemas que ainda não adotaram soquetes para acomodar o formato M.2.

Visão geral do desempenho SSD

NVMe é um protocolo de armazenamento projetado especificamente tendo em mente os SSDs. Com a eliminação da camada intermediária SATA HBA, o NVMe permite que os SSDs se comuniquem diretamente com a CPU através do barramento PCIe, abrindo canais para melhorias de desempenho inéditas. Colocando em perspectiva, o limite de desempenho do barramento SATA III é de 6 Gb/s, o que significa que o SSD SATA pode oferecer um máximo de 550 MB/s de taxa de transferência após o overhead. Uma única pista PCIe 3.0 pode oferecer 1 GB/s (bidirecional) de taxa de transferência, assim um SSD PCIe 3x4 pode atingir uma taxa de transferência de até 4 GB/s de leitura/gravação. Isso atinge até 8 GB/s (bidirecional) para SSDs PCIe Gen 4X4. A limitação de desempenho aqui se move do protocolo para a mídia NAND, que vem experimentando um tremendo desenvolvimento nos anos recentes, permitindo aos fabricantes comprimir a mais alta densidade e desempenho em formatos ainda menores.

A latência do protocolo também foi grandemente reduzida com o NVMe, devido ao caminho de dados reduzido e otimizado, permitindo uma latência menor do que SATA/SAS. A gestão das filas em dispositivos NVMe também se tornou mais eficiente por parte da CPU, devido à sinalização do doorbelll de processamento de I/O, o que reduziu significativamente o overhead da CPU. Além disso, dispositivos NVMe são compatíveis com a maioria dos principais sistemas operacionais, em decorrência do maciço esforço de desenvolvimento realizado na década passada.

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