nvme накопитель что это такое

Что такое NVMe у твердотельных накопителей?

Содержание

Содержание

Аббревиатура NVMe сейчас на слуху. То тут, то там можно услышать или прочитать, что-то вроде «Не хочу SATA, это старье. Хочу NVMe!» А что же это вообще такое? Давайте разбираться.

Что же такое NVMe?

NVM Express или NVMe (от англ. Non-Volatile Memory Express) — это спецификация протокола (упрощенно — протокол) обмена данными через линии PCI Express. Создавалась специально для твердотельных накопителей и ориентировалась на достижение максимальной производительности и масштабируемости в дальнейшем.

Следует отметить, что NVMe — это именно протокол, поэтому распространенное выражение «NVME накопитель/SSD» применяется не совсем корректно. Ведь под этим пользователи практически всегда понимают устройство в формате M.2, тем самым объединяя под одним названием и протокол, и форм-фактор накопителя.

Какие преимущества дает использование NVMe в накопителях?

Использованием линий PCIe означает высокий максимальный предел теоретических скоростных характеристик дисков, что было показано еще накопителями, не поддерживающими NVMe. Тогда зачем нужна была вся затея с ее разработкой?

Увеличение глубины очереди команд и количества очередей

Первые диски хоть и показывали высокие скорости, используя преимущества шины PCIe, но использовали эмуляцию AHCI, где была лишь одна очередь на 32 команды. Использование одной очереди обусловлено тем, что AHCI создавался для жестких дисков, а у них ни о каком параллелизме при работе думать не приходилось. С появлением SSD все изменилось. В спецификации NVMe заложено использование до 65535 очередей и до 65535 команд в каждой очереди с указанием приоритета очередей и четким арбитражем последних. Эти огромные показатели хоть и не нужны сейчас, но задел на будущее оставляют приличный.

Представьте бригадира и некоторое количество рабочих, очень быстрых рабочих. Если бригадир один и выдает по небольшому количеству поручений одному рабочему сразу, то пока он раздает указания остальным, предыдущие уже могут всю работу выполнить и простаивать. А если бригадиров столько же, сколько рабочих и они выдают поручения сразу на полдня, то утилизация ресурсов будет гораздо выше.

Работа с многоядерными/многопроцессорными системами, внедрение механизма прерываний и поддержка виртуализации

Совместно с первым пунктом это нацелено на увеличение параллелизма в работе, что в результате приводит к улучшение скоростных характеристик. Каждое ядро процессора может управлять несколькими очередями (отправка/завершение). Управление прерываниями (MSI-X — Message Signaled Interrupt Extended) позволяет при поступлении приоритетной задачи быстрее поставить ее на выполнение. Также была произведена оптимизация по поддержке работы с технологиями виртуализации, которая обязательна для серверов, куда NVMe в первую очередь и были нужны.

Проведем параллель с дорогой. Ясно, что пропускная способность однополосной дороги существенно меньше, чем у четырехполосной. Если только у нее не одна полоса (ядро) для въезда, иначе это колосс на глиняных ногах. А если по дороге будет ехать пожарная машина, то все расступятся и она проедет первой (спасибо прерываниям и приоритизации).

Сокращение задержек при работе

Чтобы убрать задержки при выполнении команд накопителем нужен простой и короткий путь. Поэтому посредники в лице SATA-контроллера были исключены. Также был написан более простой и эффективный набор команд для работы протокола, использующий меньше процессорного времени.

Примерной аналогией будет ситуация, когда вам нужно пробежать обычную стометровку и с препятствиями. Первую, конечно, пробежать проще и быстрее, особенно если у вас ноги длиннее (проще команды) и быстрее двигаются (меньше расходуют ресурсов).

Ускорение работы с оперативной памятью

Если AHCI требовалось два запроса в DRAM, то NVMe использует один запрос на чтение 4 Кб, обеспечивая эффективную работу небольших операций ввода/вывода. Опять же сокращает накладные расходы, позволяя увеличить эффективность в единицу времени в сравнении с AHCI. Ведь быстрее оплатить покупку просто приложив карту, чем еще дополнительно вводить пин-код.

Это лишь несколько основных важных отличий NVMe, по которым виден основной вектор при работе над протоколом. SSD, в отличие от HDD, обладает некоторой степенью параллелизма — контроллер поддерживает несколько каналов для подключения микросхем памяти. В итоге большой пласт работы направлен на максимальную возможность распараллеливания операций. Несколько очередей с большой очередью команд — сценарий, в котором накопители показывают лучшие результаты. Работа с многоядерными процессорами также позволяет максимально загрузить работой диск.

Другой целью разработки было исключение промежуточных звеньев. Так удаление контроллера SATA из цепочки «процессор — накопитель», новые команды и драйвер позволили снизить задержки в обработке команд так, что основным фактором, влияющим на латентность, стали сами микросхемы NAND. Они же и остаются лимитирующим фактором в скорости записи. 3DXpoint от Intel сделала первый шаг в направлении уменьшения латентности памяти. Будем ждать, что смогут преподнести будущие типы микросхем.

Все внесенные изменения обеспечили не только и не столько скачок в скоростных показателях (это сделал еще переход на PCIe в SSD, эмулировавших AHCI), а существенное увеличение числа операций ввода-вывода (IOPS), что особенно важно в высоконагруженных сценариях/режимах работы.

Опять же если вернуться к AHCI, то ее разработка зиждилась на максимальном сохранении совместимости с разными устройствами. NVMe же возводили практически с нуля, основываясь лишь на использовании линий PCI-Express. И это наложило некоторые особенности реализации в конечном итоге.

Так для работы NVMe необходима поддержка со стороны операционной системы (ОС). Впрочем, сейчас драйвер есть во всех современных ОС: Windows, Mac OS и ядрах Linux/BSD. А для использования в качестве загрузочного накопителя, потребуется наличие драйвера в UEFI материнской платы. Как его добавить в старые модели плат, можно прочитать здесь.

Источник

Что такое технология твердотельных накопителей NVMe?

Технология NVMe обеспечивает превосходное хранение данных, превосходную скорость и превосходную совместимость. Поскольку в технологии NVMe используются разъемы PCIe, она обеспечивает передачу в 25 раз большего объема данных по сравнению с аналогичными устройствами SATA. Наряду с большим объемом данных команды NVMe выполняются в 2 раза быстрее, чем в накопителях AHCI. Кроме того, количество операций ввода-вывода в секунду (IOPS) в устройствах NVMe превышает 1 миллион, и операции выполняются до 900% быстрее по сравнению с накопителями AHCI. NVMe также напрямую связывается с ЦП системы, обеспечивая невероятную скорость благодаря своей совместимости. Накопители NVMe работают со всеми основными операционными системами независимо от форм-фактора.

NVMe (Non-Volatile Memory Express) — это интерфейс связи и драйвер, который использует преимущества увеличенной полосы пропускания, обеспечиваемой PCIe. Он разработан для повышения производительности и эффективности, обеспечивая при этом совместимость с широким спектром корпоративных и клиентских систем. Технология NVMe была разработан для твердотельных накопителей и обменивается данными между интерфейсом хранилища и процессором системы, используя высокоскоростные разъемы PCIe без ограничений форм-фактора.

Протокол NVMe использует параллельные пути передачи данных с малой задержкой к базовому носителю, подобно архитектурам высокопроизводительных процессоров. Это обеспечивает значительно более высокую производительность и меньшие задержки по сравнению с протоколами SAS и SATA. NVMe может поддерживать множество очередей ввода-вывода — до 64 тыс. очередей глубиной 64 тыс. записей каждая. В результате задачи ввода/вывода могут передавать больший объем данных быстрее, чем старые модели хранения данных с использованием устаревших драйверов, таких как AHCI (Advanced Host Controller Interface). Поскольку протокол NVMe разработан специально для твердотельных накопителей, он неизбежно станет новым отраслевым стандартом.

Твердотельные накопители: тогда и сейчас

Шины данных передают данные внутри системы, и когда впервые появились твердотельные накопители на базе технологии NAND, для отрасли стало очевидно, что необходимы новая шина и новый протокол.

Решение использовать имеющуюся технологию шины с более высокой пропускной способностью привело к замене протоколов SATA на технологию PCIe. Технология PCIe появилась за несколько лет до NVMe, но поскольку предыдущие решения были ограничены старыми протоколами передачи данных, такими как SATA и AHCI, они не могли быть использованы в полной мере до последнего времени. Технология NVMe устранила узкие места и сняла ограничения, обеспечивая выполнение команд с малой задержкой и очереди глубиной 64 тыс. записей. Большое количество очередей обеспечивает более быструю передачу данных, поскольку данные записываются на твердотельные накопители рассредоточенно с использованием ячеек и блоков, а не на вращающихся дисках, таких как жесткие диски.

Коммуникационные драйверы AHCI и NVMe

Коммуникационные драйверы используются операционными системами для обмена данными с устройствами хранения. Драйверы NVMe работают быстрее, чем драйверы AHCI, которые обычно используются в интерфейсах SATA.

Драйвер NVMe напрямую взаимодействует с системным процессором, а AHCI должен связываться с контроллером SATA. AHCI имеет показатель IOPS (число операций ввода/вывода в секунду) до 100 тыс., в то время как для NVMe IOPS составляет более 1 миллиона. IOPS (число операций ввода-вывода в секунду, произносится «ай-опс») — это стандартный показатель производительности, используемый для тестирования компьютерных запоминающих устройств.

Источник

Что такое NVMe в чем отличие от SSD и M2 и как выбрать

Устройства хранениях данных постоянно совершенствуются. Их производительность увеличивается. И мало кто знает, что существуют накопители NVMe.

Что это за зверь и чем он лучше обычных SSD и M.2? Об этом мы поговорим в данной статье. Но для начала стоит уделить вниманию форм-фактору каждого типа дисков. Каждый форм-фактор SSD дисков подключается по-разному к системной плате.

Что такое NVMe и куда он подключается

NVM Express (NVMe, NVMHCI – от англ. Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification) – разновидность SSD накопителей, которая подключается по шине PCI Express.

Думаю, этого объяснения будет вполне достаточно о том, что такое NVMe. Другими словами, есть несколько разновидностей твердотельных накопителей – SSD 2.5, mSATA SSD, M.2, NVMe. При этом NVMe это еще и разновидность форм-фактора M.2.

Итак, перед тем как принять решение о покупке накопителя стоит выяснить, поддерживает ли его ваша системная плата. Понятное дело, что обычный SSD 2.5 и mSATA он поддерживать будет, но с форм-фактором M.2 немного сложнее.

В современных платах ноутбуков и обычных компьютеров стал появляться разъем M.2. Стоит проверить свою системную плату на наличие этого разъема. Он выглядит так, как показано на скриншоте.

Но и этого мало, ведь помимо наличия самого разъема он делится на несколько типов.

Какие существуют типы SSD M.2 и разъемов

SSD M.2 имеет четыре спецификации: 2230, 2242, 2260, 2280. Последний является самым используемым. Каждые две цифры типа указывают на ширину и длину модуля. Как видим, с шириной ошибиться нереально.

Итак, допустим вы нашли на системной плате разъем и выяснили, какой модуль SSD ей поддерживается нужно выяснить тип слота.

Диски M.2 работают в режиме SATA и PCI Express. Слоты имеют два ключа M и B.

Если дисковый модуль у вас работает в режиме SATA, то он будет поддерживать два ключа M и B.

Дисковый накопитель NVMe, который работает по интерфейсу PCIe имеет только один ключ – M.

На скриншоте ниже видно, что SATA SSD можно подключать практически к любому разъему, а вот M.2 NVMe при наличии на разъеме ключа «B» установить невозможно.

Отличие накопителей NVMe и M2

Отличать или сравнивать здесь нечего, поскольку M2 – это форм-фактор SSD дисков. M.2 может подключаться как к SATA интерфейсу, так и к PCI Express (что относится к NVMe типу).

Отличия таких плат заключается лишь в поддерживаемых ключах, по которым диск будет подключаться к интерфейсу. Также отметим, что 2.5 дюймовые SSD, SATA M.2 по характеристикам практически одинаковые, потому что работают на шине SATA. Модули NVMe – работают с интерфейсом PCIe, который гораздо быстрее SATA шины.

История накопителей и их совместимость

Скоростные накопители памяти появились в марте 2011 года. Разработка же велась с 2009 года. Сейчас имеются несколько версий спецификации NVMe:

Помимо M2 форм-факторов были и другие:

Говоря о совместимости, стоит обратить внимание на одну немаловажную вещь. Производители системных плат могут, например, установить слот M2, поддерживающий ключ «M». Естественно, любой накопитель будет работать.

Но бывают такие моменты, когда системная плата поддерживает только один режим SATA или NVMe. Это тоже необходимо знать при покупке дисков нового поколения.

Необходимо с вашего компьютера зайти в BIOS и найти настройки, отвечающие за режим работы дисков данного формата. Обычно настройка называется «M.2 Configuration». Если вы откроете режимы работы этой опции и там будет SATA и PCIE mode, тогда устройство будет работать с любыми дисками формата M2.

Как выбрать NVMe накопитель и нужно ли

Пока что лидирующие позиции занимают HDD диски. Да, они медленные, но у многих объемы данных превышают даже 500 Гб, а значит для хранения вполне подойдет и обычный жесткий диск на пару ТБ.

Говоря о NVMe – это накопители, которые примерно в 2-3 раза быстрее обычных SSD, но даже твердотельные накопители не каждый может себе позволить. Что тут говорить о гиперсупер быстрых дисках. В любом случае цена как на SSD, так и на NVMe постепенно снижается. Выбор диска зависит от того для каких целей вы будете его применять. В целом можно выбивать из линеек Samsung, Intel, ADATA, Kingston и других.

Давайте посмотрим результаты поиска в интернете через Google и посмотрим, какие же цены нам предлагают за такие накопители.

SAMSUNG 970 EVO MZ-V7E250BW 250Гб

Основные характеристики вы можете найти в интернете. Диск имеет максимальные скорость чтения – 3400 Мб/с и скорость записи 1500 Мб/с. Впечатляет неправда ли? Диск на 250 Гб и стоит 5560 рублей. В принципе для системы такой себе позволить можно.

INTEL Optane 900P SSDPED1D480GASX 480Гб

Этот накопитель на 480 Гб подключается уже в слот PCIe. Скорости чтения и записи у него 2500 / 2000 Мб/с. Стоит все это добро 41000 рублей. Для обычного пользователя, которые работает за ПК дома вряд ли понадобится такой диск. Если только он не запускает свой мини-сервер.

GIGABYTE PCl Express 512 Гб PCI-Express 3.0

А вот здесь уже диск на 512 Гб, с более высокими показателями скорости чтения и записи. Но самое интересное, что стоит он намного дешевле предыдущего варианта. Всего за 10900 вы получите этого красавца.

В интернет-магазинах техники вы можете найти разные варианты накопителей с разными ценами. Есть варианты 128 и 120 Гб за 2 тысячи и выше. Ищите лучшие варианты под свои нужды, изучайте внимательно характеристики, попробуйте найти обзоры, чтобы убедится в реальных показателях накопителя, либо проведите тесты сами.

Теперь вы знаете, что такое NVMe накопители SSD и какие их разновидности существуют.

Источник

SATA M.2 накопители против PCI-E NVME — стоит ли переплачивать при покупке в домашний ПК

Содержание

Содержание

Без SSD-накопителей сложно представить современный компьютер. Они быстры и бесшумны, да и цена на них «не кусается» как несколько лет назад. На выбор представлена масса моделей, различающихся объемом, ресурсом и скоростью. Если с объемом и ресурсом ситуация однозначная — чем больше, тем лучше, то со скоростью устройства все далеко не так просто.

Принцип работы интерфейса

Накопители SATA M.2 и PCI-E NVME хоть и похожи внешне, но имеют важное различие в типе используемой шины. SATA M.2 использует для подключения шину SATA, которую также задействуют HDD-накопители.

PCI-E-накопители более разнообразны. Они могут различаться по количеству линий передачи данных и версии интерфейса. Под нужды накопителя используются напрямую линии PCI-E, что позволяет обойти ограничение пропускной способности шины SATA, которое составляет 600 МБ/с. Основная масса современных PCI-E-накопителей имеет ключ M разъема подключения, SATA в свою очередь универсальный B+M. Версий с единственным B ключом уже не встретить, беспокоиться о несовместимости не придется.

NVME (энергонезависимая память) в аббревиатуре устройства, обозначает наличие спецификации на протоколы доступа к SSD-накопителям, которые подключаются по шине PCI Express. Такие устройства оптимизированы для работы с современными многоядерными процессорами и обеспечивают более низкие задержки обработки запросов. Можно найти единичные экземпляры без этого стандарта, но они очень редко встречаются в продаже.

Характеристики записи/чтения в повседневных задачах

Максимальная пропускная способность шины SATA III составляет 600 МБ/с, что обеспечивает накопителям SATA M.2 показатели в среднем

560 МБ/с для чтения и

530 МБ/с для записи.

У NVME накопителей в свою очередь эти показатели могут достигать

3300 МБ/с при версии PCI-E 3.0×4.

В случае последней версии PCI-E 4.0х4 параметры чтения/записи могут достигать вовсе 5000 МБ/с и 4400 МБ/с. Ниже представлены результаты тестирования обоих типов накопителей.

Разница видна невооруженным глазом. Казалось бы, в соответствии с результатами тестов, приложения должны загружаться намного быстрее, но это не так. Основная масса выполняемых операций проходит с небольшими файлами, в том числе и загрузка ОС. И тут на первое место выходит не последовательная скорость чтения файлов, а скорость работы со случайными блоками, так как на них приходится большая часть дисковой активности накопителя. А с ней уже не наблюдается тотальное преимущество NVME перед SATA.

Вследствие этого скорость загрузки ОС и стандартных программ с NVME лишь немного выше, чем у SATA. В играх аналогичная ситуация — бывают отдельные проекты, где разница составляет более

5 секунд. Но общая масса проектов загружается с минимальной разницей в скорости. Так, где же можно увидеть эти заоблачные скорости от NVME-накопителя? Ответ — лишь в определенных сценариях. Например, при копировании крупного файла или при работе с видеоредакторами и прочими специализированными программами, использующими крупные массивы данных.

Нагрев и энергопотребление

Критический нагрев несвойственен накопителям типа SATA M.2. Для того чтобы перегреть такой SSD должны сложиться множество факторов: полное отсутствие обдува, продолжительные нагрузки, неудачное расположение и высокие температуры в помещении. Поэтому они не требуют дополнительных радиаторов для охлаждения.

В случае с NVME ситуация не такая позитивная. Компоненты обладают заметным тепловыделением. Особенно ярко это заметно при большой нагрузке на накопитель. Сочетание неудачного расположения разъема на плате в упор к горячей видеокарте, также может добавить поводов для беспокойства. Косвенно на этот нюанс намекают и сами производители. В продаже не встретить SATA-накопители с комплектным радиатором, в то время как NVME часто идут с этим девайсом.

Если же радиатора в комплекте нет, а температура высоковата, определенным выходом станет покупка отдельного радиатора на SSD-накопитель. Также в продаже можно встретить материнские платы с наличием радиатора в комплекте. Энергопотребление наряду с миниатюрным размером является одним из факторов, влияющих на нагрев накопителя. Потребление NVME-устройства может превышать SATA в несколько раз.

Одним из главных аргументов, при подборе комплектующих для домашнего компьютера, выступает цена. Тут нам не требуется каких-то заоблачных мощностей, а приоритет покупки сводится к соотношению цена/надежность. И в этом плане SATA-накопители являются идеальным вариантом. Они уже не так дороги, как несколько лет назад.

Да, говорить о полной замене HDD в качестве хранилища всего, пока рано. Но тенденция к этому есть, медленно и верно идет движение в эту сторону. За счет снижения стоимости памяти, используемой в производстве, мы можем приобрести по доступной цене емкий накопитель, что представить в недалеком прошлом было сложно. NVME-накопители превосходят SATA по производительности в несколько раз, и за эти скорости приходится платить, используем мы их или нет. Причем порой за цену NVME можно купить SATA-устройство с емкостью в два раза больше. Но и тут можно найти свои исключения из правил. Иногда попадаются устройства NVME дешевле SATA, при аналогичной емкости.

Это обусловлено используемым типом памяти и износоустойчивостью конкретных моделей.

Поддержка материнскими платами в 2020 году

В современных реалиях, даже у самых бюджетных плат имеется минимум один комбинированный разъем под оба интерфейса. Беспокоиться о том, что SATA-интерфейс не будет поддерживаться, нет оснований. Да, на рынке уже появляются устройства следующего поколения NVME, с поддержкой PCI-E 4.0. Но, как правило, в типичной компоновке PCI-E 4.0 занимает верхний слот, а нижний отдается под нужды SATA/PCI-E 3.0.

Рассмотрим несколько вариантов реализации слотов на примере новейших чипсетов AMD и Intel — B550 и Z490, соответственно. Asrock B550 Taichi имеет 2 разъема M.2, где верхний поддерживает PCI-E 4.0×4 или PCI-E 3.0×4, а нижний SATA или PCI-E 3.0×4.

В случае с Asus Tuf Z490-Plus Gaming мы видим и вовсе два слота поддерживающих SATA или PCI-E 3.0×4. В зависимости от модели могут возникать некоторые «подводные камни» при установке SSD, в виде отключения портов и т.п. Подробнее эти особенности будут рассмотрены в ближайших темах.

Говоря о дальнейшей перспективе, интерфейс PCI-E выглядит более выигрышным, нежели SATA. Пока будущая модернизация интерфейса SATA туманна, в то время как PCI-E все больше наращивает мощности в плане скорости. Но представить отказ производителей в поддержке SATA M.2, в ближайшие годы невозможно.

Подведем итоги. Несомненно, будущее за NVME накопителями — современный интерфейс и выдающиеся скорости, но эти плюсы нивелируются в текущих реалиях. Операционная система, стандартные программы и игры, банально пока не могут использовать весь потенциал такого типа накопителей.

Огромное преимущество PCI-E-устройства в синтетических тестах скорости над SATA, на практике, превращается в перевес в пару секунд, что можно списать на погрешность. И резонно возникает вопрос, стоит ли платить больше? Очевидно, что нет. Мы можем купить более дешевый и емкий накопитель SATA, который удовлетворит все наши потребности. Рассматривать же покупку NVME-накопителя в домашний ПК стоит в нескольких случаях: у вас уже занят слот с разъемом SATA, разница в цене аналогичных объемов минимальна, вы планируете в будущем использовать ПК для работы. Во всех остальных ситуациях присмотритесь к накопителям с SATA-интерфейсом нужного вам объема.

Источник