Monitor a schermo piatto per computer su una scrivania, su cui sono mostrate le unità  KC2500 e KC600

Tecnologie NVMe e SATA a confronto: Quali sono le differenze?

Quando si tratta di tecnologie di storage superiori, lo standard NVMe rappresenta una classe a sé. Anche a una semplice analisi superficiale, le differenza di prestazioni tra SATA e NVMe risulta enorme. I driver di comunicazione e le interfacce degli standard NVMe e SATA sono completamente differenti. Lo standard SATA utilizza driver AHCI progettati originariamente per gli hard disk tradizionali (HDD), a testine rotanti, mentre i driver NVMe sono progettati specificamente per gli SSD dotati di tecnologia flash. Inoltre, lo standard NVMe è in grado di sfruttare i socket PCIe per le comunicazioni tra interfaccia storage e CPU di sistema, per una maggiore velocità e fluidità di funzionamento. Se questo confronto fosse paragonato a un evento sportivo, si potrebbe dire che è come paragonare una gara di F1 con una gara della classe Super Turismo.

A una prima analisi entrambe le tecnologie sono estremamente rapide. Tuttavia, un confronto più accurato tra i due tipi di drive mette a nudo le differenze. E notare tali differenze è importante quando si tratta di valutare esigenze, desideri e requisiti.

SSD SATA

Un SSD SATA da 2,5” in un laptop

La tecnologia Serial ATA (SATA) fu introdotta nel 2000, come una versione migliorata della tecnologia Parallel ATA allora utilizzata e limitata da dimensioni dei cavi, costi, prestazioni e funzionalità. Entrambe le tecnologie erano più che sufficienti per gli hard disk tradizionali (HDD), sostanzialmente meno performanti rispetto ai moderni drive a stato solido (SSD). L'avvento degli SSD SATA dimostrò che la tecnologia basata sul bus ATA aveva raggiunto le sue potenzialità massime in termini di prestazioni. Laddove gli hard disk tradizionali erano in grado di offrire velocità pari a soli 50-120 MB/s in scrittura, gli SSD erano in grado di saturare la capacità del bus SATA con velocità di scrittura pari a 550 MB/s. Nonostante le limitazioni del bus, capita con frequenza osservare SSD SATA offrire prestazioni 10 o 15 volte superiori rispetto alla tecnologia HDD tradizionale.

AHCI

Il protocollo AHCI (Advanced Host Controller Interface) è uno standard di comunicazione creato nel 2004 circa e finalizzato a migliorare prestazioni e capacità dei dispositivi di storage SATA. Lo standard fu progettato inizialmente per gli HDD e introdusse una singola coda di richieste di storage con una profondità pari a 32 comandi. Ciò significava che l'HDD era in grado di ottenere throughput e prestazioni più elevati. Tuttavia la sua implementazione sui controller SSD causava colli di bottiglia. Per esempio, l'HDD può essere in grado di raggiungere fino a 200 operazioni di input/output al secondo (IOPS), mentre un SSD SATA può arrivare fino a oltre 100.000 IOPS, limitato artificialmente dalle ridotte capacità del bus SATA.

SSD NVMe

SSD NVMe Kingston installato su un PC

La tecnologia NVMe (Non-Volatile Memory Express) è stata introdotta nel 2011 per risolvere i vari problemi di colli di bottiglia associati allo standard SATA e ai relativi protocolli di comunicazione. La tecnologia NVMe utilizza i bus PCIe anziché quelli SATA, consentendo di utilizzare appieno l'enorme potenziale di larghezza di banda per i dispositivi di storage. Lo standard PCIe 4.0 (versione corrente) offre fino a 32 piste e può, in teoria, trasferire fino a 64.000 MB/s di dati rispetto ai 600 MB/s dello standard SATA III. Le specifiche NVMe offrono anche 65535 code di comandi, che consentono di utilizzare fino a 65536 comandi per coda. Si ricordi che gli SSD basati sullo standard SATA sono limitati a una singola coda, con una profondità di soli 32 comandi per coda. La tecnologia NVMe crea un enorme potenziale per i dispositivi di storage, garantendo efficienza, prestazioni e interoperabilità in un'ampia gamma di sistemi. È opinione comune che tale tecnologia diventerà il prossimo standard di settore.

Formato dei drive SSD

Sebbene gli HDD normalmente abbiano una larghezza pari a 2,5 o 3,5 pollici e la maggior parte degli SSD SATA abbiano una larghezza di 2,5 pollici e uno spessore di 7 mm, i drive NVMe utilizzano svariati formati che ne consentono l'installazione su dispositivi differenti.

  • M.2 - La riduzione del drive fisico osservata nel formato M.2 garantisce la futura ubiquità di questi dispositivi di storage. Il numero 22 si riferisce alla larghezza, mentre i numeri 30/42/80/110 sono riferiti alla lunghezza in millimetri. Attualmente, lo standard M.2 2280 supporta il protocollo SATA. Si tratta anche del più comune formato SSD NVMe per la tecnologia NVMe. Con il graduale miglioramento e miniaturizzazione della tecnologia, tali condizioni possono cambiare.
  • U.2 - Questa classe annovera i dispositivi più costosi, dalle prestazioni più elevate e di durata maggiore, normalmente utilizzati presso data center/ambienti di storage aziendali.
  • Schede PCIe add-in - Questi SSD NVMe ad alte prestazioni sono installati su sistemi che non dispongono di socket in grado di ospitare dispositivi con formato M.2.

Prestazioni SSD in breve

Lo standard NVMe è un protocollo di storage progettato specificamente per gli SSD. Con l'eliminazione dei layer SATA HBA intermedi, lo standard NVMe consente agli SSD di comunicare direttamente con la CPU mediante il bus PCIe, aprendo i canali per straordinari miglioramenti delle prestazioni. Per mettere tutto questo in prospettiva, il limite prestazionale del bus SATA III è pari a 6 Gb/s. Ciò significa che un SSD SATA è in grado di offrire throughput fino a 550 MB/s dopo l'overhead. Una singola pista PCIe 3.0 è in grado di offrire un throughput (bidirezionale) pari a 1 GB/s. Pertanto, un SSD PCIe 3 x 4 è in grado di garantire un throughput fino a 4 GB/s in lettura e scrittura. Tale velocità arriva fino a 8 GB/s (bidirezionale), per gli SSD PCIe Gen 4x4. La limitazione delle prestazioni in questo caso passa dal protocollo al supporto NAND, che è stato sottoposto a una straordinaria evoluzione negli ultimi anni, consentendo ai produttori di massimizzare la massima densità e prestazioni in un formato estremamente compatto.

La latenza del protocollo viene ridotta notevolmente anche con gli NVMe, a causa del percorso dati accorciato e ottimizzato, che offre latenze minori rispetto allo standard SATA/SAS. La gestione delle code sui dispositivi NVMe è gestita anche in maniera più efficiente dalla CPU, in virtù del segnale di elaborazione I/O, che riduce significativamente l'overhead della CPU. Inoltre, i dispositivi NVMe sono supportati dalla maggior parte dei sistemi operativi, in virtù degli enormi progressi che hanno caratterizzato tale tecnologia durante l'ultimo decennio.

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