Компьютерный монитор с плоским экраном на столе с изображением  KC2500 и KC600

NVMe и SATA: в чем разница?

Когда речь заходит о превосходных технологиях хранения, NVMe находится в особой лиге. Даже на первый взгляд разница в производительности между NVMe и SATA впечатляет. Коммуникационные драйверы и интерфейсы NVMe и SATA полностью различаются, поскольку SATA использует драйверы AHCI, разработанные для жестких дисков (HDD) с технологией вращения, а драйвер NVMe специально разработан для твердотельных накопителей с технологией флеш-памяти. Кроме того, NVMe может использовать разъемы PCIe для связи между интерфейсом хранилища и процессором системы для еще большей эффективности. Если бы это сопоставление было спортивным событием, оно было бы похоже на сравнение «Формулы-1» с гонкой легковых автомобилей.

Несмотря на быстродействие обоих протоколов, уже беглое сравнение этих двух типов твердотельных накопителей подчеркивает их различия. При рассмотрении этих различий необходимо оценить ваши потребности, желания и требования.

Твердотельные накопители SATA

2,5-дюймовый твердотельный накопитель SATA на столе

Технология Serial ATA (SATA) появилась еще в 2000 году как усовершенствование существующей технологии Parallel ATA, у которой возникали затруднения в виде размера кабеля, стоимости, производительности и функциональности. Обеих технологий было достаточно для жестких дисков (HDD), которые обладали значительно меньшей функциональностью, чем современные твердотельные накопители (SSD). Появление твердотельных накопителей на базе SATA продемонстрировало, что шина ATA достигла предела производительности. Там, где жесткие диски могли достигать скорости записи только 50–120 МБ/с, твердотельные накопители могли загружать шину SATA до 550 МБ/с. Несмотря на ограничение шины, обычно использование твердотельных накопителей на основе SATA вместо устаревших жестких дисков позволяет повысить общую производительность системы в 10–15 раз.

AHCI

Advanced Host Controller Interface (AHCI) — это коммуникационный режим, разработанный примерно в 2004 году для повышения производительности и функциональности устройств хранения, подключенных к SATA. Он предназначался для жестких дисков и представил единую очередь запросов к хранилищу с глубиной до 32 команд. Это означало, что жесткие диски могут обеспечить более высокую пропускную способность и производительность, но реализация в будущем станет узким местом для технологии контроллеров твердотельных накопителей. Например, жесткие диски могут выполнять до 200 операций ввода-вывода в секунду (IOPS), тогда как твердотельные накопители на основе SATA могут достигать показателя в 100000 IOPS, и их производительность была бы искусственно ограничена шиной SATA.

Твердотельные накопители NVMe

Твердотельный накопитель NVMe компании Kingston, установленный в ПК

Технология Non-Volatile Memory Express (NVMe) была представлена в 2011 году для устранения различных узких мест интерфейса SATA и протоколов связи. Технология NVMe использует шину PCIe вместо шины SATA, раскрывая огромный потенциал пропускной способности для устройств хранения данных. PCIe 4.0 (текущая версия) предоставляет до 32 линий и теоретически может передавать данные со скоростью до 64 000 МБ/с по сравнению с предельным значением спецификации SATA III 600 МБ/с. Спецификация NVMe также поддерживает 65535 очередей команд, каждая из которых может содержать до 65536 команд. Напомним, что твердотельные накопители на основе SATA ограничены единственной очередью с глубиной всего 32 команды. Технология NVMe создает огромный потенциал для устройств хранения за счет повышения эффективности, производительности и функциональной совместимости в широком спектре систем. Установилось мнение, что эта технология станет новым отраслевым стандартом.

Форм-факторы твердотельных накопителей

В то время как жесткие диски обычно имеют ширину 2,5 или 3,5 дюйма, а большинство твердотельных накопителей на основе SATA — ширину 2,5 дюйма и толщину 7 мм, накопители NVMe изготавливаются в ряде новых форм-факторов, которые позволяют устанавливать их в различные устройства.

  • M.2. Уменьшение физического размера накопителя в форм-факторе M.2 гарантирует повсеместное распространение этих устройств хранения в будущем. 22 обозначает ширину, а 30/42/80/110 — длину в миллиметрах. В настоящее время накопители M.2 2280 поддерживают SATA. Кроме того, это также самый распространенный форм-фактор твердотельных NVMe-накопителей для протокола NVMe. По мере совершенствования технологий и уменьшения размеров это может измениться.
  • U.2. Это более дорогие, высокопроизводительные и долговечные устройства хранения, которые обычно используются в центрах обработки данных и корпоративных средах хранения.
  • Расширительные платы PCIe. Эти высокопроизводительные твердотельные накопители NVMe нашли свое применение в системах, в которых еще не внедрены разъемы для форм-фактора M.2.

Краткое описание производительности твердотельных накопителей

NVMe — это протокол хранения данных, разработанный специально для твердотельных накопителей. Благодаря устранению промежуточного уровня адаптера главной шины SATA, NVMe позволяет твердотельным накопителям напрямую связываться с ЦП по шине PCIe, открывая возможности для колоссального повышения производительности. Для сравнения: предел производительности шины SATA III составляет 6 Гбит/с, то есть твердотельный накопитель SATA может обеспечить максимальную пропускную способность 550 МБ/с с учетом непроизводительных затрат. Одна линия PCIe 3.0 может обеспечить пропускную способность 1 ГБ/с (двунаправленную), поэтому для твердотельного накопителя PCIe 3x4 пропускная способность при чтении/записи может составлять до 4 ГБ/с. Для твердотельных накопителей PCIe Gen 4X4 этот показатель достигает 8 ГБ/с (двунаправленная передача) Ограничение производительности здесь связано уже не с протоколом, а с носителем NAND, который в последние годы претерпел огромные изменения, позволяющие производителям обеспечить максимальную плотность и производительность в самых маленьких форм-факторах.

Задержка протокола также значительно снижается благодаря NVMe из-за более короткого и оптимизированного канала передачи данных, позволяющего уменьшить задержку по сравнению с SATA/SAS. Управление очередями в устройствах NVMe также более эффективно обрабатывается ЦП благодаря наличию сигнала начала обработки ввода-вывода, что значительно снижает нагрузку на ЦП. Кроме того, устройства NVMe поддерживаются большинством основных операционных систем благодаря огромным усилиям по разработке, предпринятым в последнее десятилетие.

#KingstonIsWithYou

Дополнительная продукция

Чтобы узнать, как коронавирус COVID-19 повлиял на нашу деятельность щелкните здесь.

Оставайтесь на связи! Подпишитесь на нашу рассылку по электронной почте для получения новостей Kingston и многого другого.