Công nghệ ổ cứng SSD NVMe là gì?

Công nghệ ổ cứng SSD NVMe là gì?

Lợi ích của NVMe

Công nghệ NVMe cung cấp khả năng lưu trữ vượt trội, tốc độ vượt trội và khả năng tương thích vượt trội. Vì NVMe sử dụng khe cắm PCIe, công nghệ này truyền dữ liệu nhanh hơn 25 lần so với SATA. Cùng với nhiều dữ liệu hơn, các lệnh của NVMe cũng nhanh hơn 2 lần so với các lệnh của trình điều khiển AHCI. Ngoài ra thông số thao tác nhập/xuất trên giây của NVMe (IOPS) vượt mức 1 triệu và nhanh hơn đến 900% so với ổ AHCI. NVMe cũng liên lạc trực tiếp với CPU hệ thống, mang lại tốc độ kinh ngạc do khả năng tương thích của mình. Ổ NVMe hoạt động với hầu hết các hệ điều hành bất kể kích cỡ nào.

NVME LogoNVMe (Non-Volatile Memory Express) là một giao tiếp liên lạc và trình điều khiển tận dụng băng thông cao của PCIe. Giao thức này được thiết kế để tăng hiệu năng và hiệu suất đồng thời giúp nhiều hệ thống client và doanh nghiệp hoạt động được với nhau. NVMe được thiết kế cho ổ cứng SSD và liên lạc giữa giao tiếp lưu trữ và CPU của hệ thống sử dụng khe cắm PCIe tốc độ cao mà không bị giới hạn bởi kích cỡ

Giao thức NVMe sử dụng các đường dẫn dữ liệu độ trễ thấp song song đến phương tiện nền tảng như các kiến trúc bộ xử lý hiệu năng cao. Điều này mang lại hiệu năng cao hơn và độ trễ thấp hơn đáng kể so với giao thức SAS và SATA. NVMe có thể hỗ trợ nhiều hàng đợi I/O, lên đến 64K với mỗi hàng đợi có 64K mục. Điều này cho phép tác vụ nhập/xuất truyền nhiều dữ liệu hơn với tốc độ nhanh hơn các mô hình lưu trữ cũ sử dụng trình điều khiển cũ như AHCI (Advanced Host Controller Interface). Vì NVMe được thiết kế đặc thù cho ổ cứng SSD, cuối cùng nó sẽ trở thành tiêu chuẩn ngành mới.

Lưu trữ ổ cứng SSD: Ngày ấy và bây giờ

Bus dữ liệu truyền dữ liệu bên trong một hệ thống và khi ổ cứng SSD dựa trên NAND xuất hiện lần đầu tiên, một điều rất rõ đối với ngành công nghiệp là cần có một bus và giao thức mới.

  • • Những ổ cứng SSD đầu tiên tương đối chậm nên sử dụng kiến trúc lưu trữ SATA hiện có khá tiện lợi. Ngay cả khi bus SATA đã phát triển lên mức 16Gbps, gần như tất cả các hình thức thực thi thương mại của bus SATA vẫn ở mức 6Gbps.
  • • Tổng thông lượng của PCIe 3.0 là 16Gbps trong khi PCIe 4.0 có thông lượng gấp đôi PCIe 3.0. Giao tiếp này cung cấp lên đến 16 làn và có thể truyền dữ liệu lên đến 32.000MB/giây trong khi SATA III chỉ có tốc độ truyền tối đa 600MB/giây.

Quyết định tận dụng công nghệ bus băng thông cao hơn hiện có đã thay thế giao thức SATA bằng công nghệ PCIe. Lưu trữ PCIe ra đời trước NVMe một vài năm nhưng vì các giải pháp trước bị tắc nghẽn bởi các giao thức truyền dữ liệu cũ như SATA và AHCI, PCIe đã không được phát huy tối đa tiềm năng cho đến gần đây. NVMe là giải pháp cho các nút thắt cổ chai và loại bỏ giới hạn bằng cách cung cấp các lệnh độ trễ thấp và 64K hàng đợi. Nhiều hàng đợi cho phép truyền dữ liệu nhanh hơn vì dữ liệu được ghi vào ổ cứng SSD một cách phân tán sử dụng các chip và khối thay vì được ghi vào các đĩa quay như ổ cứng.

Trình điều khiển liên lạc: AHCI so với NVMe

Trình điều khiển liên lạc được hệ điều hành sử dụng để truyền dữ liệu với các thiết bị lưu trữ. Trình điều khiển NVMe nhanh hơn trình điều khiển AHCI thường hay gặp trong các giao tiếp SATA.

  • • NVMe được thiết kế đặc thù cho ổ cứng SSD với công nghệ flash khiến trình điều khiển này nhanh hơn trình điều khiển AHCI được thiết kế cho ổ cứng thông thường với công nghệ đĩa quay.
  • • Trong khi NVMe có 64K hàng đợi lệnh và có thể gửi 64K lệnh trên mỗi hàng, AHCI chỉ có một hàng đợi lệnh và chỉ có thể gửi 32 lệnh trên mỗi hàng.
  • • Với trình điều khiển AHCI, các lệnh sử dụng các chu kỳ CPU cao với độ trễ là 6 micro giây trong khi các lệnh của trình điều khiển NVMe sử dụng các chu kỳ CPU thấp với độ trễ là 2,8 micro giây.

Trình điều khiển NVMe liên lạc trực tiếp với CPU hệ thống nhưng AHCI phải liên lạc với bộ điều khiển SATA. AHCI có IOPS (Thao tác nhập/xuất trên giây) lên đến 100K trong khi NVMe có IOPS trên 1 triệu. IOPS là một thông số đo lường hiệu năng phổ biến dùng để kiểm chuẩn thiết bị lưu trữ máy tính.

Kích cỡ ổ cứng SSD NVMe

Ổ cứng SSD NVMe có nhiều kích cỡ khác nhau tùy thuộc vào trường hợp sử dụng hoặc ứng dụng.

    • Sản phẩm cá nhân/khách sử dụng kích cỡ BGA và M.2.
    • Các ứng dụng trung tâm dữ liệu/máy chủ sử dụng các kích cỡ M.2, U.2, U.3 và EDSFF.

Có những tiêu chuẩn đang phát triển và nỗ lực của EDSFF (Enterprise and Data Center SSD Form Factor) mà mang lại nhiều loại kích cỡ và tiêu chuẩn khác nhau chia sẻ cùng một giao thức (NVMe), cùng một giao tiếp (PCIe), và sử dụng đầu nối cạnh (SFF-TA-1002), chân cắm và chức năng (SFF-TA-1009) của riêng mình.

Kingston NVMe SSDs

Để biết thêm thông tin chi tiết về hoạt động kinh doanh của chúng tôi trong tình hình Covid-19, vui lòng truy cập tại đây.