Nvme что это такое
Обновлено: 05.07.2024
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 3.0x4.
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 4.0x4 или PCI-E 3.0x4, а нижний SATA или PCI-E 3.0x4.
В случае с Asus Tuf Z490-Plus Gaming мы видим и вовсе два слота поддерживающих SATA или PCI-E 3.0x4. 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.
| Характеристика | SATA M.2 | PCI-E NVME |
| Скорость загрузки ОС, игр и программ (без специализированных задач) | Немного ниже (разница в пределах погрешности) | Чуть выше (разница в пределах погрешности) |
| Нагрев и энергопотребление | Ниже | Выше |
| Стоимость устройства с равноценным объемом (в общей массе) | Ниже | Выше |
| Поддержка материнскими платами в 2020 году | Хорошая | Отличная (более перспективный интерфейс в будущем) |
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.
Агитировать в 2018 году за установку SSD в настольные компьютеры и ноутбуки – это как рекомендовать сменить наконец старый кнопочный Ericsson на современный смартфон. Потому что SSD (как и смартфоны) сейчас можно игнорировать только по двум причинам: вы принципиально не хотите связываться с флэш-памятью или последние 10 лет вы провели на урановых рудниках Марса, не получая вестей с Земли.
Установка SSD в старый компьютер даст ему вторую жизнь, даже если процессор разменял первый десяток, а оперативной памяти едва набралось на минимальные системные требования операционной системы. Возвращение к ПК, где ОС установлена на обычный HDD поначалу вызывает шок – кажется, что компьютер заражен вирусней и вообще работает не так, как должен. Загрузка Windows за семь секунд, мгновенная реакция на действия пользователя – это всё про SSD.
Окей, с необходимостью присутствия в системе твердотельного накопителя всё понятно, и хорошо, если в ноутбуке или ПК он был еще при покупке. А если вы только готовитесь с опозданием купить свой первый SSD, то какой накопитель выбрать? Если с магнитными жесткими дисками всё было относительно просто и понятно, то SSD за последние пять лет успели поменять и форм-факторы, и интерфейсы, а уж сколько развелось контроллеров – подумать страшно. Причем в зависимости от используемых компонентов цена на SSD с одинаковым объемом памяти может запросто отличаться в два, а то и три раза.
В этой статье мы попробуем быстро и максимально просто разобраться, стоит ли переплачивать за самые современные технологии в SSD, имеет ли смысл покупать самые скоростные диски и какой прирост производительности в реальных задачах можно получить от SSD относительно традиционных жестких дисков.
AHCI или NVMe?
Для жестких дисков был и остается актуальным интерфейс SATA 3.0 с пропускной способностью до 600 Мбайт/с – HDD до этого предела едва ли вообще когда-нибудь доберутся. SSD же не просто уткнулись в эту планку, но и благополучно ее миновали, перейдя на форм-фактор M.2 и прямое подключение к скоростной шине PCI Express. SSD в размере 2,5’’ и интерфейсом SATA выпускаются до сих пор, но исключительно в низком ценовом сегменте. Конечно, даже такой накопитель даст чумовой прирост скорости реакции компьютера после обычного HDD, но если деньги на новый диск вы собирали не по рублю с завтраков, то можно выбрать что-нибудь поновее и побыстрее. А именно, SSD в форм-факторе M.2.
Вот тут и начинается разлюли-балалайка. Дело в том, что M.2 – это типоразмер компактных накопителей, которые устанавливают в ноутбуки или монтируют прямо на материнскую плату компьютера. M.2 сам по себе не является интерфейсом, это лишь слот. Поэтому дешевый SSD в размере M.2 вполне может гонять данные через шину SATA с соответствующим скоростным ограничением в 600 Мбайт/с – этот момент лучше уточнить в характеристиках устройства перед его покупкой.
Как понять, что перед нами суперскоростный накопитель? Удостовериться, что это NVMe-диск. В отличие от AHCI-контроллеров, которыми управляются SATA-накопители, NVMe-контроллер подключает хранилище прямо к шине PCI Express. Поэтому пределом пропускной способности для NVMe-диска будут не жалкие 600 Мбайт/с, как у SATA, а в шесть раз больше – 3,94 Гбайт/с (по факту, конечно, меньше). Скорость современных NVMe-SSD уже перешагнула за 2000 Мбайт/с, поэтому эффект от перехода на новый интерфейс налицо. Помимо этого, протокол NVMe принес ряд оптимизаций для работы с SSD, например, расширенную очередь команд.
Разъем M.2 начал появляться на материнских платах, но пока еще остается атрибутом дорогих моделей, поэтому NVMe-диски часто имеют версии с дополнительной платой-переходником в комплекте, которая вставляется в обычный слот PCI Express.
Пруфы будут?
Будут. Для этого возьмем три SSD от одного производителя, отличающихся друг от друга интерфейсом, контроллерами и, соответственно, ценой. Но прогоним их через тестирование в рабочих приложениях, а не синтетических бенчмарках. Синтетика, вроде CrystalDiskMark, позволяет узнать абсолютные скоростные показатели дисков в идеальных условиях, однако в реальности нагрузка и, как следствие, скорости, бывают совсем иными. Ну а чтобы не осталось сомнений в целесообразности покупки даже самого бюджетного SSD, присовокупим к тестам один из самых быстрых HDD.
Места подопытных кроликов великодушно согласились занять три модуля производства Kingston и один жесткий диск WD. А конкретно: Kingston SM2280S3G2/240G, Kingston SA1000M8/480G, Kingston SKC1000/480G и WD Black WD10003FZEX.
SM2280S3G2/240G, несмотря на достойный для системного диска объем 240 Гбайт, является самым бюджетным решением – всего 6750 рублей в среднем. Учитывая курс валют, это и правда ВСЕГО, зато 240 гигов гарантированно хватит и для операционной системы, и для многих необходимых программ, и даже пары-тройки игр с долгой загрузкой. Еще есть варианты на 120 и 480 Гбайт. Этот SSD – как раз тот случай, когда в современном компактном форм-факторе M.2 мы получаем накопитель, работающий по шине SATA. То есть выше теоретических 600 Мбайт/с скорости мы не увидим. Заявленная скорость чтения 550 Мбайт/с и записи 330 Мбайт/с уже намекает, что здесь не пахнет NVMe.
SKC1000/480G является самым производительным SSD компании. Он построен на мощнейшем четырехъядерном контроллере Phison PS5007-E7. Вообще Phison до недавних пор считались мэйнстримовыми контроллерами с весьма средненькой производительностью, уступавшей изделиям Marvell, но внезапно компания буквально выстрелила новыми контроллерами, уложившими конкурентов на лопатки.
Kingston обещают скорость чтения до 2700 Мбайт/с и записи до 1600 Мбайт/с. А теперь поднимитесь на несколько абзацев выше и посмотрите характеристики первого в тесте SSD. Трудно представить, зачем такая скорость может вообще потребоваться – чтобы быстро перегонять данные с диска на диск, потребуется второй такой же быстрый SSD, а при обработке данных (сжатие, кодирование) уже процессор не будет успевать справляться с ними.
Примечательное, что накопители серии SKC1000 опционально поставляются с HHHL-переходником на полноразмерный PCI Express на тот случай, если в настольном компьютере не обнаружится слота M.2.
Что же до жесткого диска, то WD Black WD10003FZEX на 1 Тбайт, то он принадлежит к самой быстрой серии WD Black, отличается отличными скоростными показателями и внушительной для малого объема ценой – около 5500 рублей.
Ожидания и реальность
Именно так можно назвать результаты синтетических и более реальных тестов. Бенчи, искусственно моделирующие нагрузку, могут показывать впечатляющие цифры, тогда как при повседневном использовании накопитель поведет себя гораздо скромнее. Тем не менее, синтетика помогает оценить весь потенциал диска – если цифры хилые, то в жизни всё будет еще хуже.
Сперва прогоним стандартные бенчмарки.
WD Black WD10003FZEX
Между первым и вторым скриншотом буквально пропасть, отлично характеризующая разницу между SATA и NVMe-дисками. Что же HDD, то в тесте на чтение и запись маленьких блоков по 4 Кбайта всё совсем тоскливо. Особенно хорошо видно, как NVMe-накопители хорошо работают с очередью команд (CrystalDiskMark, строки Q32T1), обеспечивая двойной и больший отрыв от SATA-модификации. К тому же все SSD превзошли заявленные скоростные характеристики. Честность Kingston достойна уважения.
А теперь проверим диски в реальных сценариях в самых популярных отраслевых приложениях. Далеко не все из них завязаны на скорость хранилища, но всё же они демонстрируют влияние SSD на повседневную производительность.
До странного равные столбики? Отнюдь, как раз-таки очень предсказуемый финал. Дело в том, что приложения для рендеринга, кодирования или шифрования, такие как Blender, CINEBENCH, True Crypt, прежде всего утилизируют процессорную мощь, лишь понемногу загружая накопитель своими запросами. Получается, что на ту же скорость рендеринга 3D-модели быстрый SSD никак не влияет – подгруженные данные уходят в оперативную память, да там и крутятся, пока процессор трудится над визуализацией. Даже в играх установка SSD практически никак бы не повлияла на частоту кадров. Зато скорость загрузки сократилась бы в разы, если не на порядок.
Совсем другая картина наблюдается в приложениях, ведущих активное одновременное чтение и запись на диск. Это фото- и видеорендены (Premiere Pro, After Effects, Lightroom) и архиватор WinRAR. Жесткий диск явно проигрывает, не успевая одновременно вести запись и чтения ввиду особенностей работы HDD. А вот SSD совершенно побоку, что от него требуют одновременно считать и записать сразу несколько файлов – нет магнитных дисков, нет дорожек на них, нет магнитных движущихся головок, нет огромных задержек доступа к разным частям диска.
Реальные тесты выглядят не так эффектно, как дисковая синтетика, именно потому, что в жизни приложения нагружают и процессор, и накопитель, и оперативную память, и видеокарту. На загрузке Windows или тяжелых игр NVMe-SSD сказался бы крайне позитивно, а в деле 3D-моделинга пользы от него с гулькин клюв.
И как с этим жить?
Спокойно, потому что вы узнали правду, которую от вас скрывали: супербыстрые и супердорогие SSD щеголяют фантастическими скоростными показателями, но в ежедневном использовании разница с моделями попроще не так заметна. Конечно, это не значит, что SSD можно спокойно променять на емкий HDD – нельзя, потому что в первую очередь пострадает скорость случайного доступа, а вместе с ней скорость загрузки системы, приложений и реакции на действия пользователя.
Если при выборе SSD вы не руководствуетесь в первую очередь ценой, то лучше отдать предпочтение NVMe-модели с колоссальным запасом производительности, чем сэкономить тысячу рублей и получить устаревший еще несколько лет назад SATA-диск. 1500 или 2500 Мбайт/с на чтение показывает SSD – не важно, выбирайте согласно своему кошельку и предпочтениям.
Гораздо важнее стоит вопрос надежности SSD, которые имеют свойство «умирать» внезапно и без предварительных симптомов. Это одна из причин, почему лучше отдавать предпочтение брендовым накопителям с длительной гарантией и высоким временем наработки на отказ (или объемом записываемых данных). Kingston – бесспорный гранд мира флэш-памяти, который очень вовремя адаптировал для своих SSD контроллеры Phison.
История накопителей представляет собой гонку между носителями и вычислительными мощностями. На пути к компьютерной нирване встаёт узкое место – хранение миллиардов нулей и единиц. Самый новый из игроков на этом поприще – энергонезависимая память Non-Volatile Memory Express (NVMe), представляющая собой что-то вроде гибрида нескольких предыдущих технических решений.
В первом поколении домашних компьютеров в качестве накопителей использовались флоппи-диски и компакт-кассеты, но с ростом возможностей компьютеров постепенно росла и важность накопителей. К 1990-м большое распространение получили жёсткие диски, позволявшие хранить сначала мегабайты, а потом и гигабайты информации. В результате выросла необходимость в быстрой системе связи между накопителем и остальной системой. В то время чаще всего использовался интерфейс ATA (IDE) в режиме программного ввода-вывода Programmed Input-Output (PIO).
В результате технологии перешли на прямой доступ к памяти (DMA), интерфейс UDMA, также известный, как Ultra ATA и Parallel ATA, и основанные на этой системе интерфейсы SCSI в компьютерах Apple и большинстве серверов. В итоге Parallel ATA превратился в Serial ATA (SATA), а Parallel SCSI — в Serial Attached SCSI (SAS). SATA в основном использовался в ноутбуках и настольных компьютерах до прихода NVMe и твердотельных накопителей.
Все эти интерфейсы разрабатывались с тем, чтобы не отставать от накопителей. В этом смысле, NVMe выбивается из общей картины своей интеграцией в систему. Также NVMe отличается тем, что не привязан к какому-то определённому интерфейсу или коннектору, что может сбить с толку. Кто может разделить M.2 и U.2, не говоря уже о том, какой протокол использует интерфейс, будь то SATA или NVMe?
Давайте-ка разбираться в чудесном и странном мире NVMe.
Обманчивый внешний вид
Элементы SATA Express, функционально схожие с M.2.
Попросите любого человека показать вам слот для NVMe на материнской плате, и скорее всего вам покажут изображение слота M.2, поскольку он стал наиболее популярным для твердотельных накопителей (ТТН) в потребительской электронике. При этом даже слот M.2 со вставленным в него твердотельным накопителем может не относиться к NVMe, поскольку этот интерфейс использует и SATA.
На плате рядом со слотом M.2 часто указывают, какую технологию он поддерживает. Также хорошей идеей будет почитать инструкцию к материнке. Причина путаницы в том, что изначально для ТТН существовал стандарт Mini-SATA (mSATA), использовавший форм-фактор PCIe Mini Card, который потом развился до форм-фактора М.2 и интерфейса U.2. Последний больше похож на интерфейсы SATA и SAS, и комбинирует два канала, SATA и PCIe, в один интерфейс для подключения ТТН.
Тем временем стандарт М.2 (после краткого экскурса в недолго существовавший стандарт SATA Express) расширили с тем, чтобы поддерживать не только SATA, но и AHCI с NVMe. Поэтому слоты М.2 часто неправильно называют «слотами NVMe», когда на самом деле NVMe – это протокол, основанный на PCIe, не определяющий никаких форм-факторов или типов коннекторов.
Интерфейс М.2 с ключами B и M
Тем временем сам по себе форм-фактор М.2 довольно разносторонний – или запутанный, это кому как. Физически он может быть шириной в 12, 16, 22 и 30 мм, и поддерживать длины от 16 до 110 мм. На краю разъёма наносится последовательность меток, обозначающих функциональность, и совпадающих с метками на самом слоте. Чаще всего это метки В и М из списка ключевых меток, в котором, например, есть следующее:
A: 2x PCIe x1, USB 2.0, I2C и DP x4.
B: PCIe x2, SATA, USB 2.0/3.0, аудио, и т.д.
E: 2x PCIe x1, USB 2.0, I2C, etc.
M: PCIe x4, SATA и SMBus.
Получается, что физических размеров карты расширения М.2 бывает аж 32 штуки, и это ещё до того, как мы учтём 12 возможных вариантов модификаций из списка. К счастью, в основной массе промышленность, судя по всему, пришла к общему стандарту в 22 мм ширины для карт накопителей, варианты длин которых ограничены. В итоге ТТН стандарта NVMe имеют маркировку типа «2242», что означает 22 мм ширины и 42 мм длины. Карточки ТТН могут быть отмечены буквами В, М или обеими.
Важно отметить, что сегодня слоты М.2 активно используются в качестве расширения PCIe в стеснённых условиях. Поэтому карточки WiFi часто имеют форм-фактор М.2.
Определяя NVMe
Всё это приводит нас к основному определению NVMe: это стандартный интерфейс для накопителей, напрямую подсоединяемых к PCIe. От SATA он отличается тем, что первый преобразует протокол PCIe в протокол SATA, который затем приходится интерпретировать специальному чипу на накопителе перед тем, как можно будет выполнять какие-либо команды, связанные с хранением данных.
Вместо этого NVMe определяет интерфейс, который напрямую можно использовать в любой ОС, имеющей NVMe-драйвер. Команды отправляются на NVMe-накопитель, выполняющий их для чтения или записи или проводящий какие-то операции обслуживания типа TRIM. Поскольку можно положиться на то, что любое устройство, представившееся как NVMe-устройство, представляет собой ТТН (NAND Flash, 3D XPoint, и т.д.), протокол NVMe разработан в расчёте на низкие задержки и большую скорость передачи пакетов.
Optane SSD от Intel типа 3D XPoint работает ровно вне зависимости от нагрузок
Недавно популярность обрела такая особенность NVMe, как местный буфер памяти, Host Memory Buffer (HMB). Это попытка избавиться от необходимости буферизовать данные в DRAM используя ТТН типа NAND Flash. Особенность использует часть памяти системы в качестве буфера, относительно мало теряя при этом в быстродействии, при этом буфер в основном используется для кэширования таблицы адресов.
В долгосрочной перспективе, с учётом темпов развития накопителей, такие технологии, как 3D XPoint делают ненужными даже подобные хитрости. Скорость доступа к той же 3D XPoint ближе к показателям DRAM, чем к NAND Flash. Поскольку ТТН типа 3D XPoint не нуждаются в DRAM-буфере, увеличение их популярности может привести к тому, что NVMe будут оптимизировать уже под них.
Взламывая NVMe
Память на магнитных сердечниках 64×64 (4 кБ) [пользователь closegl утверждает, что тут ошибка, и имеется в виду 32×32, 1 кБ ]
Стоит задуматься, а что ещё можно сделать с NVMe, кроме как купить ТТН и засунуть его в слот M.2 B или М. Тут нужно решить, что вам больше интересно – взлом накопителя (пусть это будет лишь некая разновидность DRAM or SRAM), или же самого слота М.2.
Полноразмерные слоты PCIe имеют большой размер, а карты расширения предоставляют много места для таких громоздких компонентов, как BGA-чипы и гигантские системы охлаждения. Карты расширения М.2 наоборот, предназначены для мелких и компактных решений, способных уместиться в ноутбуке. Можно, к примеру, скомбинировать FPGA с нужными блоками железа SerDes и PCIe в форм-факторе M.2, и создать компактную карту расширения для ноутбуков и встраиваемых устройств.
Недавние хаки предлагают добавить поддержку NVMe к Raspberry Pi, заменить ТТН в Pinebook Pro WiFi-картой, и считывать NVMe Flash накопитель от айфона при помощи ZIF-адаптера для PCIe.
При этом никто не запрещает попытаться скомбинировать что-нибудь очень странное – к примеру, NVMe-накопитель на магнитных сердечниках.
Заключение
Оглядываясь назад на десятилетия развития вычислительной техники, видно, что различие между памятью и накопителями существовало всегда. Причём памятью всегда служили энергозависимые устройства типа SRAM или DRAM. В последнее время это различие становится всё менее значимым. NAND Flash с NVMe-интерфейсом уже обещают нам потенциально очень низкие задержки и скорость в несколько гигабайт в секунду (особенно с использованием PCIe 4.0) но и это не конец истории.
Самая горячая новинка – это DIMM «постоянной памяти», размещаемые в обычных слотах памяти. Они используют твердотельную технологию Intel Optane, позволяющую увеличивать объём памяти в системе до 512 Гб на модуль. Эти модули, естественно, пока что работают только в серверах Intel. Используются они для буферизации баз данных, большие объёмы которых не дают использовать в качестве буфера обычную память (например, терабайты DDR4 DIMM).
Если у нас будет очень быстрый и энергонезависимый накопитель, соединённый с контроллером памяти процессора напрямую, мы сможем уменьшить задержки до абсолютных минимумов. И хотя 3D XPoint (как разновидность памяти с изменением фазового состояния) пока ещё не такая быстрая, как DDR SDRAM, она демонстрирует нам, что может появиться после NVMe, когда разница между «памятью системы» и «хранилищем данных» совсем исчезнет или изменится до неузнаваемости.
Известная история. Как только появляются более мощные компьютеры, как только возрастает производительность процессоров и емкость носителей данных, и пользователь с облегчением вздыхает — «теперь мне всего и на всё хватит, не придется ужиматься и экономить», так почти сразу появляются новые потребности, отбирающие всё больше ресурсов, новое ПО, которое тоже «ни в чем себе не отказывает». Вечная проблема. Нескончаемый круговорот. И бесконечный поиск новых решений. Облачные хранилища, нейронные сети, искусственный интеллект — даже трудно себе представить, каких гигантских мощностей требуют эти технологии. Но не будем расстраиваться, ведь для любой задачи рано или поздно находится решение.
Одним из таких решений стал протокол NVM-express, который, как говорят специалисты, совершил революцию в использовании твердотельной энергонезависимой памяти. Что же такое NVMe и какие преимущества он принес с собой?
Скорость работы компьютера во многом зависит от быстроты считывания данных с носителей и скорости обработки команд. Какой бы высокопроизводительной не была операционная система в целом, всё может свести на нет обычный жесткий диск, который заставляет программы подтормаживать при открытии или «задумываться» при выполнении объемных задач. Не говоря уже о том, что HDD практически исчерпал свой потенциал по наращиванию объемов хранения информации и потому стал бесперспективным. А механический привод и подавно устарел и замедлял развитие компьютерных технологий.
И вот на смену HDD пришли SSD — твердотельные накопители, энергонезависимые немеханические запоминающие устройства. Первые накопители SSD появились на рынке во второй половине 2000-х. Довольно скоро они уже стали соперничать с жесткими дисками по объему. Но вот полностью раскрыть свой потенциал и преимущества в скорости, параллельности обращений к ячейкам долгое время не могли, потому что существующие интерфейсы и протоколы были построены по старым стандартам, призванным поддерживать накопители HDD через интерфейсы SATA и еще более древними SCSI (SAS).
Следующим шагом в раскрытии потенциала энергонезависимой памяти стал переход на шины PCI-express. Но для них к тому времени еще не были разработаны новые промышленные стандарты. И вот в 2012 году выпускаются первые компьютеры, в которых реализован протокол NVM-express.
Сразу следует обратить внимание на то, что NVMe — это не устройство и не интерфейс его подключения. Это протокол, а точнее — спецификация протокола обмена данными.
Поэтому словосочетание «накопитель NVMe» не совсем корректное, а сравнение типа «HDD — SSD — NVMe» абсолютно ошибочное и вводит в заблуждение пользователя, который только знакомится с темой. Правильно сравнивать HDD с SSD с одной стороны, SSD, подключенный через интерфейс SATA (по протоколу AHCI) и SSD, подключенный через шину PCI-express с использованием протокола NVM-express, с другой. Сравнивать HDD с SSD, вероятно, уже мало кому интересно. Все понимают разницу, и всем хорошо известны преимущества последнего. Разве что отметить некоторые (весьма разительные) преимущества. По сравнению с жёсткими дисками твердотельные накопители имеют меньший размер и вес, являются беззвучными, а полное отсутствие механических приводов делает их многократно более устойчивыми к повреждениям (например, при падении) да и просто увеличивает срок службы.
Сравнение возможностей SSD со старой шиной и старым протоколом и SSD на шине PCIe с протоколом NVMe, безусловно, представляет гораздо больший интерес и будет полезно всем, кто привык держаться в курсе новинок, тем, кто собирается купить новый компьютер и даже тем, кто, например, ищет лучший хостинг.
Интерфейс SATA, как уже говорилось, создавался для жестких дисков, головка которых одновременно физически может получить доступ только к одной ячейке. Ничего удивительного, что в SATA-устройствах всего один канал. Для SSD этого плачевно мало, ведь одно из их преимуществ — поддержка параллельных потоков. Контроллер SSD также управляет начальным позиционированием, что является еще одним существенным преимуществом. Шина PCI-express обеспечивает многоканальную работу, а протокол NVMe реализовывает это преимущество. В результате данные, хранящиеся на твердотельных накопителях, передаются через 65 536 параллельных очередей управления, каждая из которых может содержать одновременно более 65 536 команд. Сравните: SATA и SCSI могут использовать только одну очередь, поддерживающую до 32 и до 254 команд соответственно.
Кроме того, старые интерфейсы для выполнения каждой команды требуют двух обращений к оперативной памяти, а NVMe умудряется это делать за один раз.
Третьим существенным преимуществом является работа с прерываниями. Протокол NVMe разрабатывался для современных платформ, использующих многоядерные процессоры. Поэтому в него заложены параллельность обработки потоков, а также оптимизированный механизм работы с очередями и обработкой прерываний, что позволяет обеспечить более высокий уровень производительности. Иными словами, при появлении команды, имеющей более высокий приоритет, ее выполнение начинается быстрее.
Многочисленные тесты, проведенные различными организациями и экспертами доказывают, что скорость работы SSD NVMe в среднем в 5 раз выше, чем при подключении SSD по старым интерфейсам.
Теперь о том, всем ли доступны SSD, реализованные на PCIe с протоколом NVMe. И речь идет не только о стоимости. По цене такая реализация пока еще заметно выше, хотя цены на компьютерные компоненты, как известно, высоки лишь в самом начале продаж и имеют тенденцию к довольно быстрому снижению.
Речь идет о конструктивных решениях, о том, что на профессиональном языке принято называть «форм-фактором». Иначе говоря, в каком виде данные комплектующие выпускаются производителями. В настоящий момент на рынке существует три форм-фактора.
Первый так и называется «NVMe SSD». Он представляет собой плату расширения и подключается в те же слоты, что и видеокарта. Для ноутбука такая непригодна. Впрочем, как и для многих стационарных компьютеров, так как все большее их собирается на компактных материнских платах, где слотов PCIe бывает чаще два или даже один (который обычно занят видеокартой).
Второй форм-фактор — U2. Внешне он напоминает обычный жесткий диск, но гораздо меньше в размерах. U2 обычно используют на серверах, поэтому обычному пользователю вряд ли стоит его приобретать.
Третий — M2. Это наиболее развивающийся форм-фактор. Его активно используют в ноутбуках, а с недавнего времени он уже реализован и на некоторых материнских платах для стационарных ПК. Однако, приобретая себе M2 стоит быть очень внимательным, потому что в таком форм-факторе до сих пор выпускаются и SATA SSD.
Впрочем, внимательность нужна и при оценке целесообразности приобретения для себя любого из названных форм-факторов. Для начала следует оценить, есть ли в вашем ноутбуке или на материнской плате ПК нужные слоты. И даже если они есть, достаточно ли мощный процессор у вашего компьютера, потому что слабый процессор все равно не даст вам ощутить преимущества SSD. Если всё это у вас есть и к тому же вы часто оперируете большими массивами данных, безусловно, NVMe SSD — это то, что вам нужно.
На правах рекламы
VDS с NVMe SSD — это именно про виртуальные серверы от нашей компании.
Уже давно используем исключительно быстрые серверные накопители от Intel, мы не экономим на железе, только брендовое оборудование и одни из лучших дата-центров в России и ЕС. Поспешите проверить ;)
Читайте также: