Жінка працює за комп'ютером, його екран відбивається в її окулярах

Розбираємося в технологіях SSD: NVMe, SATA, M.2

Переваги NVMe

Технологія NVMe забезпечує чудове зберігання даних, чудову швидкість та чудову сумісність. Завдяки підключенню накопичувачів по PCIe, NVMe може передавати за той же час в 25 разів більше даних, ніж SATA. Поряд із більшою швидкістю обміну даними, команди NVMe виконуються вдвічі швидше, ніж AHCI. Крім того, NVMe SSD можуть обробляти більше 2 мільйонів операцій введення-виводу в секунду (IOPS), що дає перевагу у швидкості порівняно з AHCI до 900%. NVMe-накопичувачі підключаються безпосередньо до центрального процесора системи, що також сприяє неймовірній швидкості та сумісності. NVMe-накопичувачі працюють з усіма основними операційними системами та виробляються у різних форм-факторах.

NVME LogoNVMe (Non-Volatile Memory Express) — це комунікаційний протокол, який використовує переваги збільшеної пропускної здатності PCIe. Він розроблений для підвищення продуктивності та ефективності, забезпечуючи при цьому сумісність у широкому спектрі серверних та клієнтських систем. NVMe був розроблений спеціально для енергонезалежної пам'яті та забезпечує обмін даними між інтерфейсом пристрою зберігання даних та процесором системи з використанням високошвидкісних шин, у тому числі PCIe, для будь-яких форм-факторів пристроїв зберігання.  

Протокол NVMe використовує паралелізм архітектур пристроїв зберігання та лінії зв'язку з малими затримками, подібно до архітектур високопродуктивних процесорів. Це забезпечує значно вищу продуктивність та менші затримки порівняно з протоколами SAS та SATA. NVMe підтримує велику кількість черг обміну даними — до 64 тисяч, причому кожна черга може містити до 64 тисяч команд. Це дозволяє передавати дані швидше та у більшому обсязі порівняно з попередніми моделями зберігання, що використовують застарілі протоколи, такі як AHCI (Advanced Host Controller Interface). Оскільки протокол NVMe розроблений у тому числі і для SSD-накопичувачів, він неминуче стане новим галузевим стандартом.

SSD-сховища: SATA і PCIe

Шини даних забезпечують передачу даних всередині системи, а коли з'явилися перші SSD-накопичувачі на базі NAND флеш-пам'яті, галузі стало зрозуміло, що їй знадобляться нова шина та новий протокол.

  • Обмеження жорстких дисків призвели до впровадження твердотільних накопичувачів (SSD). SSD-накопичувачі могли використовувати ту ж інфраструктуру, що і жорсткі диски (HDD), при цьому забезпечивши значно більшу продуктивність як при послідовному, так і випадковому доступі до даних Хоча специфікація SATA III підтримує швидкість до 6 Гбіт/с, жорсткі диски були не здатні повністю використовувати цю пропускну здатність, тоді як нові комерційно доступні SSD-накопичувачі швидко досягли меж можливостей інтерфейсу.
  • Одна лінія PCIe 4.0 підтримує значно більшу пропускну здатність у 16 Гбіт/с. 16 ліній PCIe 4.0 можуть передавати дані зі швидкістю до 32 000 МБ/с (256 Гбіт/с). PCIe 5.0  подвоює пропускну здатність, досягнувши 64 ГБ/с (512 Гбіт/с) для x16 (32 Гбіт/с для x1), з теоретичною максимальною швидкістю передачі 64 000 МБ/с. Для порівняння: старіший стандарт SATA III досягає максимальної швидкості лише 600 МБ/с, тому PCIe 5.0 у понад 100 разів швидший за SATA III. А це підкреслює значне підвищення продуктивності у кожному новому поколінні PCIe.The decision to leverage an existing higher-bandwidth bus technology replaced SATA protocols with PCIe technology. PCIe storage came before NVMe by a few years but since previous solutions were bottlenecked by older data transfer protocols such as SATA and AHCI, it couldn’t be used to its full potential until recent years. NVMe was the solution for the bottlenecks and removes limitations by offering low-latency commands and 64K queues. The multiple queues allow faster data transfers because data is written to SSDs in a scattered fashion using chips and blocks rather than being written on spinning disks like hard drives.

Communication Drivers: AHCI vs NVMe

Communication drivers are used by operating systems to communicate data with storage devices. NVMe drivers are faster than AHCI drivers which are commonly found in SATA interfaces.

  • NVMe is designed specifically for SSDs with flash technology making it faster than AHCI drivers which was designed for common hard drives with spinning disk technology.
  • While NVMe has 64K command queues and can send 64K commands per queue, AHCI only has one command queue and can only send thirty-two commands per queue.
  • With AHCI drivers, commands utilize high CPU cycles with a latency of 6 microseconds while NVMe driver commands utilize low CPU cycles with a latency of 2.8 microseconds.

The NVMe driver communicates directly with the system CPU but the AHCI must communicate with the SATA controller. The AHCI has IOPS (Input/Output Operations Per Second) up to 100K while the NVMe has IOPS over 1 million. IOPS (Input/Output Operations Per Second, pronounced i-ops) is a common performance measurement used to benchmark computer storage devices.

NVMe SSD Form Factors

NVMe SSDs come in a variety of form factors but they get specific depending on the use case or application.

  • Personal/Client products use BGA and M.2 form factors.
  • Data Center/Server applications use M.2, U.2, U.3, and EDSFF form factors.

Download the Infographic

There are developing standards and efforts within the EDSFF (Enterprise and Data Center SSD Form Factor) which offers a dynamic range of form factors and standards that share the same protocol (NVMe), the same interface (PCIe), and use their own edge connector (SFF-TA-1002), pinout and functions (SFF-TA-1009).

Чи була ця інформація корисною?

top view of a laptop on a dark desk with circuit board line illustrations

Запитайте експерта

Правильний вибір рішення вимагає розуміння проєктних та системних вимог. Дозвольте експертам Kingston допомогти в цьому.

Запитайте експерта

Додатково про технологію NVMe

Блог

Kingston NVMe SSDs

Загрузить еще

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