Монітор із плоским екраном на робочому столі, на якому відображаються твердотільни накопичувачі KC2500 і KC600

NVMe та SATA: у чому різниця?

Відео
Бер 2021
Блог

NVMe займає особливе місце серед передових технологій зберігання даних. Навіть на перший погляд різниця в продуктивності між NVMe і SATA вражає. Комунікаційні драйвери та інтерфейси NVMe і SATA повністю різняться, оскільки для доступу к SATA пристроям використовуються драйвери AHCI, розроблені для жорстких дисків (HDD), в той час як драйвер NVMe спеціально призначений для SSD-накопичувачів, побудованих на флеш-пам’яті. Крім того, NVMe використовує переваги інтерфейсу PCIe для обміну даними між накопичувачем і центральним процесором системи для ще більшої ефективності. За аналогією зі спортивними змаганнями це схоже на порівняння «Формули-1» з перегонами легкових автомобілів.

Незважаючи на швидкодію обох протоколів, навіть поверхневе порівняння цих двох типів твердотільних накопичувачів чітко пояснює їх відмінності. Варто враховувати ці відмінності в оцінці ваших потреб, бажань і вимог.

SATA SSD-накопичувачі

2.5” SATA SSD-накопичувач в ноутбуку

Технологія Serial ATA (SATA) з’явилася ще у 2000 році як вдосконалення наявної технології Parallel ATA, яка була обмежена розмірами кабелів, вартістю, продуктивністю та функціональністю. Обидві технології повністю відповідали потребам жорстких дисків (HDD), які демонстрували значно меншу функціональність, ніж сучасні твердотільні накопичувачі (SSD). Поява SSD-накопичувачів на основі технології SATA показала, що шина ATA досягла межі своєї продуктивності. Якщо жорсткі диски забезпечували швидкість запису 50–120 МБ/с, максимальна швидкість SSD-накопичувачів на шині SATA становила 550 МБ/с. Незважаючи на обмеження шини, заміна застарілих жорстких дисків на SATA SSD-накопичувачі призвела до підвищення загальної продуктивності системи в 10–15 разів.

AHCI

Advanced Host Controller Interface (AHCI) — це комунікаційний протокол, створений приблизно в 2004 році для підвищення продуктивності та функціональності пристроїв зберігання даних з інтерфейсом SATA. Він був спеціально розроблений для жорстких дисків, запровадивши єдину чергу запитів до сховища глибиною до 32 команд. Така реалізація призвела до підвищення пропускної здатності й продуктивності жорстких дисків, але вона була приречена стати «вузьким місцем» для технології контролерів SSD-накопичувачів. Наприклад, жорсткі диски можуть виконувати до 200 операцій введення-виведення на секунду (IOPS). НатомістьSATA SSD-накопичувачі могли б мати цей показник на рівні до 100 000 IOPS, але їх продуктивність штучно обмежена шиною SATA.

NVMe SSD-накопичувачі

NVMe SSD-накопичувач від Kingston, встановлений у ПК

Технологія Non-Volatile Memory Express (NVMe) була представлена у 2011 році, щоб усунути будь-які «вузькі місця» інтерфейсу SATA і комунікаційних протоколів. Технологія NVMe використовує шину PCIe замість шини SATA, розкриваючи величезний потенціал пристроїв зберігання даних. PCIe 4.0 (поточна версія) підтримує до 32 ліній і теоретично може передавати дані зі швидкістю до 64 000 МБ/с порівнюючи з максимальною швидкістю 600 МБ/с інтерфейсу SATA III. Специфікація NVMe також підтримує 65 535 черг команд, кожна з яких може містити до 65 536 команд. Нагадаємо, що SATA SSD-накопичувачі обмежені однією чергою глибиною всього 32 команди в черзі. Технологія NVMe створює величезний потенціал для пристроїв зберігання даних завдяки підвищенню ефективності, продуктивності та функціональної сумісності з широким спектром систем. Вважається, що ця технологія стане новим галузевим стандартом.

Формфактори SSD-накопичувачів

Якщо жорсткі диски зазвичай мали ширину 2,5 або 3,5 дюйма, а більшість SATA SSD-накопичувачів — ширину 2,5 дюйма та товщину 7 мм, NVMe накопичувачі отримали чимало нових формфакторів, через що їх можна встановлювати в різні пристрої.

  • M.2. Зменшення фізичного розміру накопичувача у формфакторі M.2 гарантує повсюдне застосування цих пристроїв у майбутньому. 22 означає ширину, а 30/42/80/110 — довжину в міліметрах. Хоча наразі ще існують і SATA M.2 2280 накопичувачі, це в першу чергу найпоширеніший формфактор для NVMe SSD-накопичувачів. Із вдосконаленням технологій і зменшенням розмірів ця ситуація може змінитися.
  • U.2. Це дорожчі, високопродуктивні та довговічніші пристрої зберігання даних, які зазвичай використовують у центрах обробки даних і корпоративних середовищах.
  • PCIe плати розширення. Ці високопродуктивні NVMe SSD-накопичувачі знайшли своє застосування в системах, в яких ще не немає M.2 портів.

Короткий опис продуктивності SSD-накопичувачів

NVMe — це протокол передачі даних, розроблений спеціально для твердотільних накопичувачів. Усунувши проміжній рівень SATA контролеру, NVMe дає змогу твердотільним накопичувачам безпосередньо обмінюватися даними з центральним процесором через шину PCIe, що відкриває можливості для колосального підвищення продуктивності. Для порівняння: межа продуктивності шини SATA III становить 6 Гбіт/с, тобто SATA SSD-накопичувач може забезпечити максимальну пропускну здатність 550 МБ/с з урахуванням непродуктивних витрат. Одна лінія PCIe 3.0 може забезпечити пропускну здатність 1 ГБ/с (у двонаправленому режимі), тому пропускна здатність PCIe 3x4 SSD-накопичувача під час операцій читання/запису сягатиме 4 ГБ/с. Для PCIe Gen 4X4 SSD-накопичувачів цей показник становитиме 8 ГБ/с (у двонаправленому режимі). Тут обмеження продуктивності пов’язане вже не з протоколом, а з флеш-пам'яттю, яка останніми роками зазнає величезних змін, що дають змогу виробникам «втиснути» найвищу щільність зберігання та продуктивність у найменші формфактори.

Затримки протоколу також суттєво скорочуються в NVMe через використання коротшого та оптимізованого каналу передачі даних, що забезпечує менші затримки, ніж SATA/SAS. Керування чергами в NVMe пристроях також ефективніше виконується центральним процесором за наявності сигналу початку обробки введення-виведення, що значно зменшує навантаження на ЦП. Крім того, NVMe пристрої підтримуються більшістю основних операційних систем завдяки величезним зусиллям, які докладали розробники протягом останнього десятиліття.

Пов’язані відео

Тріша Хершбергер тримає М.2 та SATA SSD-накопичувачі 5:33

Як вибрати SSD-накопичувач: SATA, 2.5", NVMe, M.2, PCIe, U.2

Отже, необхідно значно підвищити швидкість роботи комп’ютера за рахунок SSD-накопичувача. Але як вибрати?

Тріша тримає в руках зовнішній SSD-накопичувач і M.2 SSD-накопичувач 3:22

Як установити NVMe SSD-накопичувач в ноутбук

Заміна NVMe SSD-накопичувача малої ємності на відповідний накопичувач більшої ємності, здатний вмістити велику кількість файлів, — це доволі простий процес модернізації, який точно вам до снаги. Ось як це можна зробити.

Тріша вказує на логотип PCIe Express Gen 4 4:44

PCIe Gen 4 – Що це?

Говоримо про PCIe Gen 4, як її отримати і чи потрібна модернізація.

Тріша дивиться на SSD NVMe в корпусі ПК 4:07

Сховища NVMe

Простими словами розбираємо, що таке NVMe і чим ця технологія відрізняється від своїх попередників.

Пов’язані публікації

Блог