In cosa consiste la tecnologia SSD NVMe?

In cosa consiste la tecnologia SSD NVMe?

Vantaggi della tecnologia NVMe

La tecnologia NVMe offre qualità di storage superiori, maggiore velocità e compatibilità più elevata. Dato che lo standard NVMe utilizza i socket PCIe, trasferisce una quantità di dati fino a 25 volte superiore rispetto ai loro equivalenti SATA. Unitamente alla superiore quantità di dati, i comandi NVMe offrono una velocità due volte superiore rispetto a quella dei driver AHCI. Inoltre, le operazioni I/O (IOPS) al secondo dello standard NVMe superano il milione e si dimostrano del 900% più veloci rispetto a quelle dello standard AHCI. La tecnologia NVMe comunica direttamente con la CPU di sistema, offrendo incredibili velocità, grazie all'elevata compatibilità. I driver basati sulla tecnologia NVMe sono compatibili con tutti i principali sistemi operativi, a prescindere dal fattore di forma.

NVME LogoLa tecnologia NVMe (Non-Volatile Memory Express) consiste in un'interfaccia di comunicazione e un driver, che traggono vantaggio dalla maggiore larghezza di banda offerta dalla tecnologia PCIe. La tecnologia è progettata per accrescere le prestazioni e l'efficienza dei sistemi, promuovendo l'interoperabilità di svariati sistemi aziendali e cliente. Lo standard NVMe è stato progettato per gli SSD e consente la comunicazione tra interfaccia di storage e CPU di sistema, utilizzando socket PCIe ad alta velocità, senza alcuna limitazione di formato.

Il protocollo NVMe sfrutta percorsi di dati paralleli a bassa latenza per comunicare con sistemi a valle, come le architetture dei processori ad alta velocità. Ciò offre prestazioni notevolmente superiori e latenze ridotte rispetto ai protocolli SAS e SATA. Lo standard NVMe può supportare code I/O multiple, fino a 64K, con ciascuna coda dotata di 64K voci. Tale soluzione consente alle operazioni di input/output di trasferire una maggiore quantità di dati rispetto ai vecchi modelli di storage che utilizzano driver legacy come lo standard AHCI (Advanced Host Controller Interface). Inoltre, dato che la tecnologia NVMe è progettata specificamente per gli SSD, essa è naturalmente destinata a diventare il nuovo standard di settore.

Storage SSD: Prima e ora

I bus dati trasferiscono i dati all'interno di un sistema e quando lo standard SSD basato sulla tecnologia NAND fu introdotto per la prima volta, apparve chiaro fin da subito che sarebbe stato necessario adottare anche un nuovo bus e un nuovo protocollo.

  • I primi SSD erano relativamente lenti e ciò rese conveniente l'uso dell'infrastruttura di storage SATA esistente. Sebbene il bus SATA si sia evoluto nel tempo, raggiungendo i 16 Gbps, pressoché tutte le versioni commerciali della tecnologia SATA restano a 6 Gbps.
  • Il throughput totale dello standard PCIe 3.0 è pari a 16 Gbps, mentre lo standard PCIe 4.0 vanta un throughput raddoppiato. Tale soluzione offre 16 piste e può trasferire dati con una velocità fino a 32.000 MB/s, mentre lo standard SATA offre solo velocità fino a 600 MB/s.

La decisione di utilizzare un bus esistente con una tecnologia di larghezza di banda esistente ha consentito di sostituire il protocollo SATA con la tecnologia PCIe. La tecnologia di storage PCIe è arrivata sul mercato alcuni anni prima del protocollo NVMe, ma dato che le soluzioni precedenti erano limitate dai colli di bottiglia causati da vecchi protocolli di trasferimento dati, come SATA e AHCI, fino a pochi anni fa tale tecnologia non poteva essere sfruttata appieno. Lo standard NVMe ha rappresentato la soluzione ideale contro i colli di bottiglia, in quanto rimuove le limitazioni offrendo comandi a bassa latenza e 64.000 code. Le code multiple consentono trasferimenti dati più rapidi in quanto vengono scritte sugli SSD in maniera sparsa, utilizzando chip e blocchi, anziché essere scritti su dischi rotanti come quelli degli hard drive.

Driver di comunicazione: AHCI e NVMe a confronto

I driver di comunicazione sono utilizzati dal sistema operativo per scambiare dati con i dispositivi di storage. I driver NVMe sono più veloci dei driver AHCI normalmente utilizzati dalle interfacce SATA.

  • Lo standard NVMe è progettato specificamente per gli SSD con tecnologia Flash; una soluzione che li rende più veloci dei driver AHCI, progettati per i normali hard drive dotati di tradizionale tecnologia a testine rotanti.
  • Mentre lo standard NVMe è dotato di 64.000 code di comando ed è pertanto in grado di inviare 64.000 comandi per coda, lo standard AHCI dispone di una sola coda di comando e può inviare solo due comandi per coda.
  • Con i driver AHCI, i comandi utilizzano cicli di CPU elevati, con una latenza di 6 microsecondi, mentre i comandi driver NVMe utilizzano ridotti cicli di CPU, con una latenza di 2,8 microsecondi.

I driver NVMe comunicano direttamente con il processore di sistema, mentre la tecnologia AHCI deve comunicare con il controller SATA. Lo standard AHCI gestisce fino a 100K IOPS (Input/Output Operations Per Second), mentre lo standard NVMe è in grado di gestirne fino a 1 milione. Gli IOPS (Operazioni input/output per secondo, pronunciato i-ops), è un metodo di misurazione standard utilizzato per il benchmarking dello storage dei computer.

Formati dei drive SSD NVMe

I drive SSD NVMe sono disponibili in svariati formati, ma hanno specifiche differenti in base al tipo di utilizzo o all'applicazione.

    • I prodotti per impieghi personali/client, utilizzano i formati BGA e M.2.
    • Le applicazioni per Data center/Server utilizzano i formati M.2, U.2, U.3, e EDSFF.

Nell'ambito dell'EDSFF (Enterprise and Data Center SSD Form Facto), sono in fase di sviluppo standard e altre iniziative che offrono una gamma dinamica di formati e standard che condividono i medesimi protocolli (NVMe), la medesima interfaccia (PCIe) e utilizzano i loro connettori edge (SFF-TA-1002), piedini e funzioni (SFF-TA-1009).

Risorse NVMe

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