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Descubrimos la tecnología SSD: NVMe, SATA, M.2

Las ventajas de NVMe

La tecnología NVMe se caracteriza por su almacenamiento, velocidad y compatibilidad superiores. Dado que NVMe utiliza zócalos PCIe, transfiere veinticinco veces más datos que su equivalente SATA. Además de más datos, los comandos de NVMe son el doble de rápidos que los de las unidades AHCI. Por otra parte, las operaciones de entrada/salida por segundo (IOPS) de NVMe superan los 2 millones y son un 900 % más rápidas que las de las unidades AHCI. NVMe se comunica directamente con la CPU del sistema, lo cual se traduce en increíbles velocidades debido a su compatibilidad. Las unidades NVMe son compatibles con todos los sistemas operativos principales, independientemente del factor de forma.

NVME LogoNVMe (siglas, en inglés, de memoria exprés no volátil) es una interfaz de comunicaciones y controlador que aprovecha el incremento de ancho de banda que ofrece PCIe. Ha sido diseñado para aumentar el rendimiento y la eficiencia, y posibilitar la interoperatividad de una amplia variedad de sistemas empresariales y clientes. NVMe ha sido diseñado para discos SSD, y se comunica entre la interfaz de almacenamiento y la CPU utilizando los zócalos PCIe de alta velocidad sin las limitaciones del factor de forma.

El protocolo NVMe utiliza las rutas de datos paralelas de baja latencia con el soporte subyacente como arquitecturas de procesador de alto rendimiento. Esto posibilita un rendimiento significativamente superior, así como menores latencias, en comparación con los protocolos SAS y SATA. NVMe admite múltiples colas de E/S, de hasta 64K, y cada cola tiene capacidad para 64K entradas. De este modo, las tareas de entrada/salida pueden transferir más datos, y más rápidamente, que los modelos de almacenamiento antiguo con controladores convencionales como AHCI (interfaz avanzada de controlador de host). Dado que NVMe ha sido específicamente diseñado para los SSD, con el tiempo se convertirá en el nuevo estándar del sector.

Almacenamiento SSD: SATA frente a PCIe

Los buses de datos transfieren datos dentro de un sistema. Cuando aparecieron por primera vez los discos SSD basados en NAND, fue evidente que era necesario un nuevo bus y un nuevo protocolo.

  • Las limitaciones de las unidades HDD llevaron a la adopción de unidades de estado sólido (SSD). Las unidades SSD pudieron utilizar la misma infraestructura que se usaba en las HDD y aportaron unos resultados mucho mejores gracias al rendimiento aleatorio y secuencial. Aunque la especificación SATA III admitía velocidades de hasta 6 Gbps, los discos duros no podían utilizar el ancho de banda en su totalidad, mientras que los nuevos SSD disponibles en el mercado empezaron a saturar la interfaz.
  • PCIe 4.0 duplicó esta cifra a 32GB/s (256 Gbps) para X16, lo que supuso un aumento considerable en el ancho de banda (16 Gbps para X1). Los 16 carriles de PCIe 4.0 pueden transferir datos a una velocidad de hasta 32 000MB/s. PCIe 5.0 volvió a duplicar el ancho de banda hasta alcanzar los 64GB/s (512 Gbps) para X16 (32 Gbps para X1), con una tasa de transferencia máxima teórica de 64 000MB/s. A modo de comparación, el estándar SATA III más antiguo alcanza un máximo de solo 600MB/s, lo cual hace que PCIe 5.0 sea más de 100 veces más rápido. Esto pone de manifiesto las enormes ventajas de rendimiento que ofrece cada nueva generación de PCIe.

La decisión de aprovechar una tecnología de bus de mayor ancho de banda sustituyó los protocolos SATA por la tecnología PCIe. El almacenamiento PCIe precedió a NVMe varios años, aunque, como las soluciones anteriores se encontraban en un cuello de botella provocado por los antiguos protocolos de transferencia de datos, como SATA y AHCI, no fue posible aprovechar plenamente su potencial hasta hace pocos años. NVMe fue la solución para los cuellos de botella, y elimina las limitaciones ofreciendo comandos de baja latencia y colas de 64K. Las múltiples colas permiten transferencias de datos más rápidas, ya que los datos se escriben en los SSD de manera dispersa utilizando chips y bloques, en lugar de hacerlo en discos giratorios, como los discos duros.

Controladores de comunicaciones: comparativa entre AHCI y NVMe

Los sistemas operativos utilizan los controladores de comunicaciones para la comunicación de datos con los dispositivos de almacenamiento. Los controladoresNVMe son más rápidos que los AHCI, habituales en las interfaces SATA.

  • NVMe ha sido específicamente diseñado para los SSD, y su tecnología Flash los hace más rápidos que los controladores AHCI, diseñados para los discos duros convencionales con tecnología giratoria.
  • En tanto que NVMe tiene colas de comandos de 64K y es capaz de enviar 64K de comandos por cola, AHCI tiene una sola cola de comandos y puede enviar solamente 32 comandos por cola.
  • Con los controladores AHCI, los comandos utilizan altos ciclos de CPU con una latencia de 6 microsegundos, en tanto que los comandos del controlador NVMe utilizan bajos ciclos de CPU con una latencia de 2,8 microsegundos.

El controlador NVMe se comunica directamente con la CPU del sistema, aunque AHCI debe comunicarse con el controlador SATA. AHCI alcanza IOPS (operaciones de entrada/salida por segundo) de hasta 100K, en tanto que NVMe supera el millón de IOPS. IOPS (siglas, en inglés, de operaciones de entrada/salida por segundo) es un parámetro de medición utilizado para comparar dispositivos de almacenamiento informático.

Factores de forma de SSD NVMe

Los SSD NVMe se presentan en diversos factores de forma, aunque son específicos en función del uso o de la aplicación.

  • Los productos personales/clientes utilizan factores de forma BGA y M.2.
  • Las aplicaciones de centros de datos/servidores utilizan factores de forma M.2, U.2, U.3 y EDSFF.

Descargar la infografía

Se están elaborando normas y desarrollando iniciativas dentro del EDSFF (Enterprise and Data Center SSD Form Factor, Factor de forma de SSD para empresas y centros de datos), que ofrece una gama dinámica de factores de forma y normas que comparten el mismo protocolo (NVMe) y la misma interfaz (PCIe), y utilizan sus propios conector periférico (SFF-TA-1002), configuración de clavijas y funciones (SFF-TA-1009).

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