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Comprendre la technologie SSD : NVMe, SATA, M.2

Avantages du NVMe

La technologie NVMe offre des niveaux supérieurs de stockage, de vitesse et de compatibilité. Comme le NVMe utilise des sockets PCIe, elle transfère 25 fois plus de données qu’une solution SATA équivalente. En plus de ses volumes de données supérieurs, les commandes NVMe sont deux fois plus rapides que celles des pilotes AHCI. Par ailleurs, le nombre d’opérations d’entrée/sortie par seconde (IOPS) du NVMe dépasse le million, étant jusqu’à 900 % plus rapide que les disques AHCI. Le NVMe communique également directement avec le processeur du système, ce qui lui confère des vitesses incroyables grâce à sa haute compatibilité. Les disques NVMe fonctionnent avec tous les principaux systèmes d’exploitation, quel que soit leur facteur de forme.

NVME LogoLe NVMe (Non-Volatile Memory Express) est un pilote et une interface de communication qui tire le meilleur parti de la largeur de bande PCIe. Il est conçu pour accroître les performances et l’efficacité tout en assurant l’interopérabilité d’un large éventail de systèmes d’entreprise et de logiciels. Conçu pour les SSD, le NVMe assure les communications entre l’interface de stockage et le processeur du système en utilisant des sockets PCIe à haut débit sans limitations de facteur de forme.

Le protocole NVMe utilise des chemins de données parallèles à faible latence jusqu’aux supports sous-jacents, tels que des architectures de processeur à hautes performances. Par conséquent, le NVMe offre des performances nettement plus élevées et des latences plus faibles que les protocoles SATA et SAS. Le NVMe prend en charge plusieurs files d’attente E/S, jusqu’à 64 000, chaque file ayant une capacité de 64 000. Les tâches d’entrée/sortie peuvent transférer plus rapidement des volumes de données plus importants que les anciens modèles de stockage utilisant les anciens pilotes tels que l’AHCI (Advanced Host Controller Interface). Comme le NVMe est conçu spécifiquement pour les disques SSD, il sera à terme la nouvelle norme de l’industrie.

Stockage SSD :  SATA et PCIe

Les bus de données transfèrent les données au sein d’un système et, dès l’arrivée des premiers disques SSD NAND sur le marché, il était évident pour les analystes industriels qu’un nouveau bus et un nouveau protocole seraient bientôt indispensables.

  • Comme les premiers SSD étaient relativement lents, ils se sont intégrés très facilement dans les limites de l’infrastructure SATA existante. Même si le bus SATA a évolué pour atteindre 16 Gb/s, presque toutes ses implémentations commerciales n’ont pas dépassé 6 Gb/s.
  • Le PCIe 4.0 a plus que doublé le débit du PCIe 3.0, qui n’avait jamais dépassé 16 Gb/s. Il offre jusqu’à 16 voies et peut transférer jusqu’à 32 000 Mo/s, alors que le bus SATA III ne transférait pas plus de 600 Mo/s.

La décision d’exploiter une technologie de bus offrant une bande passante supérieure a finalement remplacé les protocoles SATA par la technologie PCIe. Le stockage PCIe a précédé le NVMe de quelques années, mais comme les solutions précédentes étaient bloquées par des protocoles de transfert de données plus anciens, tels que SATA et AHCI, il a fallu attendre ces dernières années pour découvrir son véritable potentiel. Le NVMe élimine les goulots d’étranglement et supprime les limitations avec des commandes à faible latence et des files d’attente de 64 000. Les multiples files d’attente permettent des transferts de données plus rapides, car les données sont écrites sur les SSD de manière dispersée en utilisant des puces et des blocs, au lieu d’écritures sur des disques durs rotatifs.

Pilotes de communication : AHCI contre NVMe

Les systèmes d’exploitation utilisent les pilotes de communication pour transférer des données sur les dispositifs de stockage. Les pilotes NVMe sont plus rapides que les pilotes AHCI couramment utilisés dans les interfaces SATA.

  • Le NVMe est spécifiquement conçu pour les SSD flash, ce qui le rend plus rapide que les pilotes AHCI qui ont été conçus pour les disques durs rotatifs.
  • Alors que le NVMe dispose de 64 000 files d’attente de commandes et peut envoyer 64 000 commandes par file, l’AHCI ne dispose que d’une seule file d’attente de commandes et ne peut envoyer que 32 commandes par file.
  • Avec les pilotes AHCI, les commandes dépendent de cycles de processeur élevés avec une latence de 6 microsecondes, tandis que les commandes des pilotes NVMe utilisent des cycles de processeur courts avec une latence de 2,8 microsecondes.

Le pilote NVMe communique directement avec le processeur du système, mais l’AHCI doit communiquer avec le contrôleur SATA. Les IOPS (opérations d’entrées/sorties par seconde) de l’AHCI ne dépassent pas 100 000, alors que les IOPS de NVMe sont supérieures à 1 million. Les IOPS (Iopérations d’entrées/sorties par seconde, prononcé i-ops) sont une unité de mesure de la performance et permettent d’évaluer les débits des périphériques de stockage informatique.

Facteurs de forme SSD NVMe

Les SSD NVMe se présentent sous différentes formes, mais ils sont spécifiquement adaptés aux utilisations ou applications.

  • Les produits personnels/clients utilisent les facteurs de forme BGA et M.2.
  • Les applications des centres de données/serveurs utilisent les facteurs de forme M.2, U.2, U.3 et EDSFF.

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Supportant des normes et des efforts de développement, l’EDSFF (Enterprise and Data Center SSD Form Factor) offre une gamme dynamique de facteurs de forme et de normes basés sur le même protocole (NVMe) et la même interface (PCIe), et utilise ses propres connecteur périphérique (SFF-TA-1002), brochage et fonctions (SFF-TA-1009).

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