Что такое NVMe (M.2) SSD и в чем его отличие от обычных SSD дисков. Nvme что это такое

Nvme что это такое - От дискет к AHCI Разъем SFF-8639: новый путь к многодисковым конфигурациям Что такое NVMe и куда он подключается Ускорение работы с оперативной памятью Поддерживаемые ОС

Разная длина накопителей М.2 обусловлена разной их вместимостью. Чем длиннее форма SSD, тем больше микросхем Nand в него поместится. Т.е., чем больше длина накопителя, тем он больше в объёме.

Разные SSD: а есть ли разница? Страсти по NVMe

Неделю назад мы изучили несколько разных моделей SSD с целью выявить реальные отличия между ними. А всего через два дня у меня на руках очутился накопитель Samsung SM951 в версии NVMe. На данный момент это единственное решение, доступное рядовому пользователю в двух версиях – AHCI и NVMe. Есть повод без всяких теорий и допущений выяснить практическую пользу от нового протокола.

Страницы материала

Оглавление

Получилось так, что всего через два дня у меня на руках очутился накопитель Samsung SM951 в версии NVMe. Заурядно? И да, и нет одновременно.

Твердотельный накопитель Samsung SM951 на данный момент является единственным решением, доступным рядовому пользователю (де-факто, де-юре – это продукт для сборщиков компьютеров), которое выпускается в двух версиях – AHCI и NVMe. При этом их аппаратная база абсолютно идентична, а необходимый логический протокол включается на последнем этапе производства – в момент записи в накопитель его микрокода. Таким образом, у меня оказались оба этих SSD и появилась возможность без всяких теорий и допущений выяснить практическую пользу от нового протокола NVMe.

Первый — это SATA/AHCI-диск со скоростью последовательного чтения/записи 560 и 530 Мбайт/с соответственно. Его IOPS — число операций ввода-вывода в секунду — 95 000 для произвольного чтения и 84 000 для записи.

Описание

Возможно, что во время выбора SSD накопителя у вас возникал вопрос: «Что такое NVMe и чем он отличается от обычного твердотельного накопителя» или «Какие у него преимущества и за что именно мне придётся переплатить». Тоже сталкивались с этими вопросами и не знаете ответ? Не стоит волноваться, специально для такого случая мы и подготовили этот материал.

В этой статье вы сможете найти большинство ответов на свои вопросы, которые могли возникнуть у вас при выборе SSD диска. В дополнение мы разберём, в чем заключаются отличия SSD диска с механизмом AHCI от SSD диска, работающего на новой спецификации NVMe, и как вообще разобраться в этих сокращениях и понять, как всё устроено и работает на самом деле.

К сожалению, просто объяснить всё в паре предложений, а именно почему твердотельный диск с поддержкой NVMe спецификации лучше или почему вам не нужно ждать и уже сейчас стоит задуматься о покупке твердотельного накопителя с поддержкой NVMe, так просто не получится. Для этого нам придётся совершить небольшой экскурс в прошлое и понять, какие причины привели к появлению и закреплению на рынке NVMe спецификации для твердотельных накопителей.

Краткий курс истории и появление NVMe спецификации.

Как мы отметили ранее, эту статью нужно начать с краткого экскурса в ускоренный курс истории и дать представление для всех без исключения пользователей, как появилась тенденция к развитию технологий хранения информации и что этому способствовало.

В то время как жесткие диски (HDD) продолжают использовать металлические пластины вращающиеся в пределах одной оси для записи и хранения информации, твердотельный накопитель (SSD) начали использовать каскад энергонезависимых микросхем (флеш-памяти) для хранения информации.

Необходимость в развитии и прогрессии технологии хранения и работы с информации, а точнее переход к использованию флеш-памяти, это естественный процесс развития параллельного вычисления, который описан в Законе Мура. В 2000-х годах развитие технологии работы с жесткими дисками начало отставать от постоянно увеличивающихся мощностей процессоров, пропускной способности памяти и компьютерных шин. На тот момент пропускная способность, которую могли обеспечить магнитные жесткие диски и интерфейс их подключения, стала «узким местом» и не позволяла обрабатывать очерёдность команд или производить чтение / запись на должном уровне, которая бы позволяла раскрыть весь потенциал процессора и других составляющих компьютера.

Первые наработки в технологии твердотельных накопителей появились в далёком 1978 году, но первые прототипы были введены в опытную эксплуатацию только в 2007 году. Первым, кому довелось испытать новую технологию, стали пользователи новой модели нетбука EEE PC 701 от копании ASUS. А уже следом в 2008 году был выпущен первый SSD накопитель с объемом 128 Gb.

С 2010 года технология твердотельных накопителей получила всеобщее распространение на рынке, и пользовательские решения стали доступны каждому желающему, хоть и по более высокой цене в перерасчете на 1 Gb / $.

С момента появления первого параллельного интерфейса подключения жестких дисков — IDE (англ. Integrated Drive Electronics) или PATA (Parallel ATA) в далёком 1986 году и ATA (англ. Advanced Technology Attachment) механизма, в который была заложена основная логика работы жесткого диска. IDE интерфейс не изменялся и не получал никаких значимых изменений и улучшений, и в какой-то момент попросту перестал обеспечивать необходимую от него пропускную способность и возможность последовательного чтения / записи.

В 2003 году на смену морально и физически устаревшему IDE пришел новый проприетарный последовательный интерфейс подключения — SATA (англ. Serial ATA), который на момент своей первой ревизии уже обеспечивал пропускную способность, равную ~150 Мбайт/с по сравнению со скоростью до 133 Мбайт/с для IDE интерфейса подключения.
Переход от IDE к SATA добавил и новую логику работы с жесткими дисками — AHCI (Advanced Host Controller Interface), которая смогла обеспечить полноценную эмуляцию ATA и с точки зрения операционной системы и драйверов не отличалась от контроллера параллельного интерфейса, но могла обрабатывать более длинную очерёдность команд и запросов в секунду.

В отличие от IDE SATA интерфейс не остановился в своей прогрессии, и уже в 2008 году появилась новая ревизия интерфейса под номером 3.0, которая на текущий момент остаётся эталонным решением и используется во всех без исключения материнских платах.

Следующая ревизия SATA интерфейса под номером 3.2 добавила новую надстройку для SATA интерфейса — SATA Express, что позволило перенести возможность подключения напрямую на шину PCI Express и снять ограничение скорости третьей ревизии SATA в 6 Гбит/с. В дополнении, переход на SATA Express добавил поддержку нового протокола доступа и работы с твердотельным накопителям — NVM Express (NVMe).
NVMe, в отличии от AHCI, получил полный набор команд и спецификаций для полноценной работы с твердотельными накопителями и возможность обрабатывать до 65000 (в то время как AHCI мог обеспечить глубину из 32 запросов) операций ввода-вывода в секунду, что позволило снять ограничения, которые были заложены в логику AHCI при работе с твердотельными жесткими дисками, и снизить задержки между циклами команд.

Хотите, чтобы сайт работал максимально производительно? Размещайте его на VDS от Eternalhost — быстрые NVMe-диски, бесплатная защита от DDoS и бдительная техподдержка 24/7.

Интерфейс

Интерфейс подключения SSD NVMe – PCI-E через аппаратный разъём М.2.

Как и SATA SSD, накопители SSD NVMe универсальные, могут быть подключены к разным типам компьютерных устройств – ПК, ноутбукам, ультрабукам.

У интерфейса подключения SSD NVMe PCI-E есть разновидности – поколения (версии) и число линий PCI-E: PCI-E 3.0 2х, PCI-E 3.0 4x, PCI-E 4.0 4x.

Интерфейс PCI-E 3.0 2x – это третье поколение и две линии передачи данных, реализован в бюджетных накопителях. Одна линия способна пропускать данные на максимальной скорости почти 1 Гб/с (985 Мб/с), следовательно, две линии будут работать с суммарной скоростью немногим менее 2 Гб/с.

Интерфейс PCI-E 3.0 4x – это то же третье поколение и 4 линии передачи данных. Если каждая из линий передаёт данные на максимальной скорости чуть менее 1 Гб/с, то все линии дадут максимальную скорость чуть меньше 4 Гб/с. Это самая актуальная на сегодняшний день разновидность интерфейса PCI-E SSD-накопителей, она позволяет раскрыть потенциал самых быстрых из них.

Интерфейс PCI-E 4.0 4x – это уже четвёртое поколение PCI-E и 4 линии передачи данных. И это интерфейс будущего. Одна линия этого поколения передаёт данные с максимальной скоростью немногим менее 2 Гб/с. Следовательно 4 линии смогут обеспечить передачу данных с максимальной скоростью немногим менее 8 Гб/с (точнее 7,88 Гб/с).

Потенциал интерфейсов SSD может ограничиваться интерфейсами, реализованными на материнских платах. Поэтому если не на перспективу замены материнской платы, то брать SSD NVMe с более быстрым PCI-E, тогда как на материнке реализован более медленный, нет смысла. Накопители с большим числом линий и более нового поколения совместимы с интерфейсами на материнских платах раннего поколения и с меньшим числом линий.

Это всё, что касается непосредственно интерфейса накопителей SSD NVMe. Что же касается М.2, то это аппаратный разъём подключения и форм-фактор накопителей NVMe.

Разъём подключения М.2

Как аппаратный разъём М.2 являет собой слот в материнской плате ПК или в ноутбуке для крепления и подключения накопителей с форм-форм-фактором М.2.Соответственно, для возможности использования SSD NVMe материнская плата должна предусматривать аппаратный разъём М.2 с интерфейсом PCI-E.

Аппаратный разъём М.2 обеспечивает возможность повышенной производительности SSD-накопителей при пониженном потреблении системных ресурсов, что важно для портативных устройств. Также М.2 имеет потенциал – он предусматривает технологическое усовершенствование твердотельных накопителей в будущем. У него утапливаемое крепление в разъёмах материнских плат, что избавляет нас от необходимости использования шлейфа передачи данных и кабеля питания. И, соответственно, убирает из числа возможных проблем с носителями таковые из-за шлейфа передачи данных или кабеля питания.

Примечание: друзья, о подключении SSD M.2 PCI-E к компьютеру настройке работы накопителя в BIOS смотрите в статье сайта «Как подключить SSD M.2 к компьютеру».

Это всё, что касается непосредственно интерфейса накопителей SSD NVMe. Что же касается М.2, то это аппаратный разъём подключения и форм-фактор накопителей NVMe.

Что дает применение NVMe

Приход NVM Express в отрасль сулит мощный рост производительности баз данных. В 2015-м исследователи из Университета Южной Калифорнии и Университета штата Калифорния в Сан-Хосе, сотрудничавшие с Samsung, установили, что при ядре Linux 3.14 архитектурные отличия NVMe «снижают системные программные издержки вчетверо».

Более того, они указали, что, при прямом сравнении дисков NVMe и SATA, первый «демонстрирует восьмикратный выигрыш производительности» при рабочей нагрузке на базу данных. Аналогично один NVMe-диск превосходит по производительности RAID0-массив из четырёх дисков SATA SSD «до пяти раз».

Для полу- и профессионального использования — редактирования графики или обработки видео — выгоды уже скромнее, поскольку они зависят больше от обычной скорости чтения/записи, чем от произвольных операций ввода-вывода. В этом случае восьмикратный рост производительности — как то было с базами данных — нереален.

Для подтверждения, вернёмся к приведенному ранее примеру с дисками WDS100T2B0B и WDS100T2X0C. Тесты показывают, что SSD с поддержкой NVMe дают увеличение скорости чтения в 6 раз, а записи — в 5,25 раз, по сравнению с аналогичным SATA SSD-диском.

Где используются диски NVM Express

NVMe SSD доступны в комплектациях большинства относительно современных компьютеров. Что же касается пользователей Mac, то Apple поддерживает NVMe с 2015 года, когда этот тип накопителя стал использоваться на Retina MacBook.

С 2016 года диски NVMe появились на MacBook Pro c Touch Bar. Контроллеры NVM Express поддерживаются и большинством моделей Retina iMac, начиная с середины 2017 года, а также всеми конфигурациями iMac Pro.

Новые материнские платы на PC часто оснащены разъёмами M.2 для подключения SSD. Если же нет, то доступны переходники, позволяющие подключить диски M.2 через разъёмы PCI Express. Некоторые производители поставляют их в комплекте с диском. Тем не менее, доступны и недорогие устройства-дженерики, совместимые с любым оборудованием.

Оцените статью
levsha71.ru