Что такое nvme

Обновлено: 03.07.2024

Когда я впервые начал заниматься технологиями хранения данных (на самом деле кажется так не так уж и давно!) эта тема, казалось, зашла в тупик. Единственное, что, казалось, происходило, это то, что диски становились больше (больше места) и соединения становились быстрее (больше скорость).

Больше скорости, больше места; больше места, больше скорости. Кому это не нравится? В конце концов, у вас никогда не может быть слишком большой пропускной способности или слишком много места на диске! Тем не менее, это становится довольно рутинным. Становится скучно. Становится хорошо: «Что ты сделал для меня в последнее время?»

Затем появился Flash.

Говорили, что флэш-память изменила правила игры, и хотя я верил в это, на самом деле я просто не понимал каким образом. Я имею в виду, конечно, это действительно, действительно быстрые накопители, но разве это не та же история, что и раньше? Это, конечно, исходит от человека, который гораздо больше знаком с сетями хранения, чем с устройствами хранения.

К счастью, я держал этот вопрос при себе (ну, по крайней мере, пока меня не попросили написать этот блог), тем самым избавив себя от потенциального смущения.

Нет недостатка в поставщиках Flash, которые (справедливо) ухватились бы за шанс вывести меня из заблуждения на чистую воду; они тоже были бы правы. Flash не просто «крут», он позволяет координировать, получать доступ и извлекать данные способами, которые просто невозможны с более традиционными носителями.

Конечно, существуют разные способы использования Flash, и на рынке представлено множество различных архитектур — от полностью «всех флэш-массивов» (AFA), «гибридных массивов» (которые представляют собой комбинацию флэш-памяти и вращающегося диска) до более традиционные системы, в которых вращающиеся накопители просто заменены флэш-накопителями (без особых изменений в архитектуре).

Однако даже в этих архитектурах Flash по-прежнему ограничен самыми основными принципами подключения SCSI. Хотя этот тип подключения работает очень хорошо (и имеет долгую и яркую историю), характеристики флэш-памяти допускают некоторые возможности, для которых SCSI не был создан.

Что такое NVMe?

Рад, что вы спросили. NVMe означает «Энергонезависимая память Express». Если это не проясняет ситуацию, давайте немного раскроем это.

Флэш-память и твердотельные накопители (SSD) — это разновидность энергонезависимой памяти (NVM). Рискуя упростить, NVM — это тип памяти, который сохраняет свое содержимое при отключении питания. Оно также подразумевает способ доступа к данным, хранящимся на устройстве. NVMe — это способ доступа к этой памяти.

Если это еще не совсем ясно, не беспокойтесь. Разбавим его красивыми картинками.

Начнем еще до начала — SCSI

Приготовьтесь к этому. Это может стать странным, но я обещаю, что когда все закончится, все станет ясно.

Представим на мгновение, что вы отвечаете за программирование робота на фабрике. На фабрике есть ряд конвейерных лент, на каждой из которых есть вещи, которые вы должны класть и доставать с помощью робота.

Иди, возьми эти блоки!

Иди и возьми эти блоки!

Робот находится на дорожке и может двигаться только сбоку по дорожке. Всякий раз, когда ему нужно поставить маленькую коробку на конвейерную ленту, он должен двигаться из стороны в сторону, пока не доберется до нужной ленты, а затем ждать прибытия нужного оранжевого блока (ниже), когда лента вращается.

Теперь, чтобы немного усложнить ситуацию, каждый конвейер работает немного медленнее предыдущего. Например, первая лента — самая быстрая, вторая — немного медленнее, третья — еще медленнее и т. д.

Голова должна двигаться в нужное место и ждать, пока появится нужный блок

Голова должна двигаться в нужное место и ждать, пока появится нужный блок

В двух словах это аналогично тому, как работают вращающиеся дисковые накопители. Рука робота, называемая головкой чтения/записи, перемещается по вращающемуся диску от сектора к сектору (аналогично, хотя и несовершенно, нашим верным конвейерным лентам) к собирать блоки данных.

(Кроме того, именно по этой причине существуют различия в производительности между длинными непрерывными блоками для чтения и записи, называемыми последовательными данными, и произвольным размещением блоков в разных секторах. конвейерные ленты — называется случайным чтением/записью.)

Помните, нашего верного робота нужно запрограммировать. То есть вам — в диспетчерской — нужно отправить инструкции роботу, чтобы он смог получить/поставить свои данные. Набор команд, который используется для этого, в нашей аналогии — SCSI.

Характеристики SCSI

SCSI — это проверенная структура команд. В конце концов, это протокол для управления большинством устройств в мире. На самом деле, его вездесущность настолько распространена, что большинство людей в наши дни думают, что это просто данность. Он работает на таком количестве уровней и уровней, как протокол верхнего уровня, с таким количеством различных устройств, что его легко можно использовать по умолчанию. Он используется с Fibre Channel, FCoE, iSCSI (очевидно), InfiniBand — даже с жесткими дисками на ваших настольных компьютерах и ноутбуках.

Он также был создан для устройств, которые в значительной степени зависели от ограничений этих конвейерных лент. Долгое время было показано, что вращающиеся носители превосходят линейные (т. е. ленточные) с точки зрения скорости и производительности, но инженерные решения должны компенсировать изменения скоростей внутри накопителя (где скорость вращения намного ниже) до снаружи — аналогично разнице между нашими конвейерными лентами «4» и «1» — приходится довольно причудливо работать ногами на стороне хранения.

Поскольку манипулятор робота должен двигаться вперед и назад, вполне нормально, что он может обрабатывать только одну серию команд за раз. Даже если бы вы могли сказать ему взять блок с конвейерной ленты 1 и 3 одновременно, он не смог бы этого сделать. Ему пришлось бы ставить в очередь команды и обращаться к каждой из них по очереди.

Итак, тот факт, что SCSI отправлял команды только по одной, был в порядке вещей, потому что робот все равно мог делать только это.

Затем появился Флэш, и внезапно все стало немного... тесным.

Робот-вспышка

Продолжим аналогию? У нас по-прежнему есть задача — управлять роботом, чтобы получать и помещать блоки информации на носители. На этот раз это Flash.

Во-первых, давайте полностью избавимся от конвейерных лент. Вместо этого давайте разместим все блоки (в удобной для ОКР форме) на носителе, чтобы манипулятор мог видеть их все сразу:

Ах, не нужно ждать чтобы блоки попадали в нужное место - они

А, не нужно ждать, пока блоки окажутся в нужном месте — они тут как тут!

Со своего всеведущего взгляда робот может «видеть» все блоки сразу. Разумеется, ничего не движется, так как это твердотельное. Однако в настоящее время именно так мы используем Flash с манипулятором, который реагирует на команды SCSI. Нам по-прежнему нужно удовлетворять наши потребности по очереди.

Теперь важно отметить, что, поскольку мы не говорим о вращении носителя, манипулятор может работать очень быстро (конечно, нет реального движения чтения/записи вставьте флешку, но помните, что мы рассматриваем это с точки зрения SCSI). Суть в том, что даже если мы можем видеть все данные с нашей точки зрения, мы по-прежнему запрашиваем информацию только по одному, и у нас по-прежнему есть только одна очередь для тех, запросы.

Введите NVMe

Здесь все становится очень интересным.

NVMe — это стандартизированный интерфейс для твердотельных накопителей PCIe (однако важно отметить, что NVMe — это не PCIe!). Он был разработан с нуля специально для характеристик технологий Flash и NVM.

Во-первых, в то время как SCSI имеет одну очередь для команд, NVMe поддерживает до 64 тысяч очередей. Более того, каждая из тех очередей, в свою очередь, может содержать до 64 тысяч команд. Одновременно. Одновременно. То есть одновременно.

Очень много гребаных команд выполняется одновременно!

Давайте посмотрим на нашего программируемого робота. Чтобы завершить аналогию, вместо одной руки у нашего бесстрашного робота 64 тысячи рук, каждая из которых способна обрабатывать 64 тысячи команд.

Черт возьми! Эта

Святое дерьмо! Это много оружия!

Во-вторых, NVMe упорядочивает эти команды до тех, которые необходимы технологиям Flash: 13, если быть точным.

Помните, я сказал, что у Flash есть определенные характеристики, которые позволяют радикально изменить способ хранения и извлечения данных в центрах обработки данных? Вот почему.

Flash уже быстр. NVMe может сделать это еще быстрее, чем мы делаем это сегодня. Как быстро? Очень быстро.

Просто пример, но впечатляющий тем не менее

Просто пример, но тем не менее впечатляет

Конечно, это всего лишь пример, поскольку корпоративные центры обработки данных имеют больше рабочих нагрузок, чем просто те, которые выполняют произвольное чтение 4 КБ. Тем не менее, это довольно изящный пример:

  • Для 100 % случайного чтения скорость ввода-вывода в секунду у NVMe в 3 раза выше, чем у SAS 12 Гбит/с.
  • Для 70 % случайных операций чтения NVMe обеспечивает в 2 раза больше операций ввода-вывода в секунду, чем SAS 12 Гбит/с.
  • Для 100 % случайных операций записи у NVMe показатели ввода-вывода в 1,5 раза выше, чем у SAS 12 Гбит/с.

Как насчет последовательных данных?

Должна любить эффективность

Должен любить эффективность

Опять же, это всего лишь один сценарий, но результаты все равно впечатляют. Во-первых, NVMe обеспечивает скорость чтения более 2,5 Гбит/с и скорость записи ~2 Гбит/с:

  • Чтения на 100 %: производительность NVMe вдвое выше, чем у SAS 12 Гбит/с.
  • Запись 100 %: производительность NVMe в 2,5 раза выше, чем у SAS 12 Гбит/с.

Конечно, жизнь центра обработки данных — это нечто большее, чем IOPS! Эффективность структуры команд, о которой я упоминал выше, также сокращает циклы ЦП вдвое, а также уменьшает задержку более чем на 200 микросекунд по сравнению с SAS 12 Гбит/с.

Я знаю, что это звучит так, как будто я придираюсь к плохому SAS 12 Гбит/с, но на данный момент это больше всего похоже на архитектуру типа NVMe. Причина этого в связи NVMe с PCIe.

Связь с PCIe

Если и есть место, где может возникнуть некоторая путаница, так это здесь. Должен признаться, когда я впервые начал углубляться в NVMe, я тоже немного запутался. Я понял, что такое PCIe, но мне было гораздо труднее понять, где пересекаются NVMe и PCIe, потому что в большинстве случаев в обсуждениях две технологии смешиваются.

И тут я понял: они не пересекаются.

Что касается «горячих данных», то мы в отрасли наблюдаем постепенный переход на ЦП. Традиционные хосты содержат контроллер ввода-вывода, который находится между ЦП и устройством хранения. Однако с помощью PCIe можно исключить этот контроллер ввода-вывода из пути данных, что сделает потоки очень и очень быстрыми.

Благодаря прямому подключению к ЦП PCIe имеет несколько отличных преимуществ, в том числе (среди прочего):

  • Меньшая задержка
  • Масштабируемая производительность (1 ГБ/с на линию, а карты PCI 3.0 x8 имеют 8 линий — вот что означает «x8»)
  • Увеличение количества операций ввода-вывода (до 40 линий PCIe на сокет ЦП)
  • Низкое энергопотребление

Эта производительность PCIe, как показано выше, значительна. Размещение SSD на этом интерфейсе PCIe было и остается неизбежным. Тем не менее, должен быть стандартный способ связи с твердотельными накопителями через интерфейс PCIe, иначе реализация будет доступна для всех. Матрицы совместимости были бы кошмаром!

NVM Express — это стандартизированный способ связи с устройством хранения NVM, поддерживаемый постоянно расширяющимся консорциумом поставщиков аппаратного и программного обеспечения, чтобы сделать вашу жизнь проще и продуктивнее с помощью технологий Flash.

Представьте PCIe как физический интерфейс, а NVMe — как протокол для управления устройствами NVM с помощью этого интерфейса.

Не только PCIe, но и ткани!

Как и в случае со SCSI, возникла заинтересованность в перемещении хранилища за пределы самого хост-шасси. Это можно сделать с помощью PCIe, но для этого также потребуется расширить аппаратный интерфейс PCIe за его пределы, и в результате возник некоторый интерес к использованию NVMe с другими интерфейсами и сетевыми технологиями хранения данных.

Ведется работа не только над двухточечной связью (PCIe, RDMA-дружественные технологии, такие как RoCE и iWARP), но и над фабриками (на основе InfiniBand, Ethernet и Fibre Channel, включая FCoE).

Расширяя эти возможности, можно будет подключать к сети сотни, а то и тысячи твердотельных накопителей — гораздо больше, чем можно разместить с помощью систем на основе PCIe. Есть несколько интересных аспектов NVMe с использованием Fabrics, которые лучше оставить для другой статьи в блоге, но их стоит упомянуть здесь как интересный факт.

Итог

Я рекомендую вам послушать/посмотреть веб-семинар NVMe BrightTalk, посвященный гораздо более техническим деталям, который спонсируется Советом промоутеров NVMe и в котором участвуют некоторые умники, занимающиеся технической работой. О, и я тоже там (в качестве модератора, разумеется).

Следите за дополнительной информацией о NVMe в ближайшие месяцы. Достигнутый прогресс является удивительно быстрым, и каждый год к нам присоединяются все больше компаний. Будет очень интересно посмотреть, насколько креативными могут стать архитектуры центров обработки данных в ближайшие годы, когда технология Flash полностью реализует свой потенциал.

 Что такое NVMe™ и почему это важно? Техническое руководство

NVMe™ (Non-Volatile Memory Express) – это новый протокол для доступа к высокоскоростным носителям, который дает множество преимуществ по сравнению с устаревшими протоколами.Но что такое NVMe и почему это важно для бизнеса, ориентированного на данные?

Поскольку компании борются с постоянным ростом объема данных, им необходимо переосмыслить способы сбора, сохранения, доступа и преобразования данных. Производительность, экономичность и долговечность данных в масштабе имеют первостепенное значение. NVMe оказывает большое влияние на бизнес и то, что они могут делать с данными, особенно Fast Data для аналитики в реальном времени и новых технологий.

В этой записи блога я объясню, что такое NVMe, и подробно расскажу о том, как работает архитектура хранилища. В будущих блогах будет рассказано о том, какие функции и преимущества он дает компаниям, и о вариантах использования, в которых он развертывается сегодня, а также о том, как клиенты используют преимущества твердотельных накопителей, платформ и полнофункциональных флэш-систем Western Digital NVMe для всего, от приложений IoT Edge до персональных игр.

Моя работа так или иначе связана с протоколами хранения данных уже более десяти лет. Я работал над управлением корпоративными продуктами PCIe SSD и долгосрочной стратегией хранения данных, наблюдая за эволюцией устройств хранения с близкого расстояния. Я невероятно взволнован трансформацией, которую NVMe приносит в центры обработки данных, и уникальной способностью Western Digital внедрять инновации вверх и вниз по стеку. NVMe открывает новый мир возможностей, позволяя вам делать больше с данными! Вот почему:

Эволюция NVMe

В первых твердотельных накопителях на основе флэш-памяти использовались устаревшие физические интерфейсы, протоколы и форм-факторы SATA/SAS, чтобы свести к минимуму изменения в существующих корпоративных серверах/системах хранения на основе жестких дисков (HDD). Однако ни один из этих интерфейсов и протоколов не был разработан для высокоскоростных носителей данных (например, NAND и/или энергонезависимой памяти). Из-за скорости интерфейса, производительности новых носителей данных и близости к ЦП PCI Express (PCIe) стал следующим логическим интерфейсом хранения.

Разъемы PCIe напрямую подключаются к ЦП, обеспечивая доступ, аналогичный доступу к памяти, и могут запускать очень эффективный программный стек. Однако ранние твердотельные накопители с интерфейсом PCIe не имели ни отраслевых стандартов, ни корпоративных функций. В твердотельных накопителях PCIe используется проприетарная прошивка, которая была особенно сложной для масштабирования системы по разным причинам, в том числе: а) запуск и поддержка прошивки устройства, б) несовместимость прошивки/устройства с другим системным программным обеспечением, в) не всегда оптимальное использование доступных дорожек и ЦП близость и г) отсутствие дополнительных функций для корпоративных рабочих нагрузок. Спецификации NVMe появились главным образом из-за этих проблем.

Что такое NVMe?

Что такое интерфейс и контроллер NVMe

Ценное предложение NVMe

Протокол NVMe использует параллельные пути передачи данных с малой задержкой к базовому носителю, подобно высокопроизводительным архитектурам процессоров. Это обеспечивает значительно более высокую производительность и меньшие задержки по сравнению с устаревшими протоколами SAS и SATA. Это не только ускоряет работу существующих приложений, требующих высокой производительности, но также позволяет создавать новые приложения и возможности для обработки рабочих нагрузок в реальном времени в центре обработки данных и на периферии.

Обычные протоколы потребляют много циклов ЦП, чтобы сделать данные доступными для приложений. Эти потраченные впустую вычислительные циклы стоят компаниям реальных денег. Бюджеты ИТ-инфраструктуры не растут со скоростью данных, и от них требуется максимизировать отдачу от инфраструктуры — как в области хранения, так и в области вычислений. Поскольку NVMe может справляться с серьезными рабочими нагрузками приложений с меньшими затратами на инфраструктуру, организации могут снизить общую стоимость владения и ускорить рост бизнеса.

Архитектура NVMe — понимание очередей ввода-вывода

Давайте подробнее рассмотрим архитектуру NVMe и то, как она обеспечивает высокую производительность и низкую задержку. NVMe может поддерживать несколько очередей ввода-вывода, до 64 КБ, каждая из которых имеет 64 КБ записей. Устаревшие SAS и SATA могут поддерживать только одиночные очереди, каждая из которых может иметь 254 и 32 записи соответственно. Программное обеспечение хоста NVMe может создавать очереди, вплоть до максимально разрешенного контроллером NVMe, в соответствии с конфигурацией системы и ожидаемой рабочей нагрузкой. NVMe поддерживает операции ввода-вывода с разбросом/сбором, сводя к минимуму нагрузку на ЦП при передаче данных, и даже предоставляет возможность изменять их приоритет в зависимости от требований рабочей нагрузки.

Как работают команды NVMe?

Архитектура NVMe

Почему NVMe обеспечивает наибольшую производительность многоядерных процессоров

Как я упоминал выше, NVMe — это протокол, оптимизированный для NUMA. Это позволяет нескольким ядрам ЦП совместно владеть очередями, их приоритетом, а также механизмами арбитража и атомарностью команд.Таким образом, твердотельные накопители NVMe могут разбрасывать/собирать команды и обрабатывать их вне очереди, обеспечивая гораздо более высокие показатели IOPS и меньшие задержки данных.

Форм-фактор и стандарты NVMe

Спецификация NVMe представляет собой набор стандартов, которыми управляет консорциум, ответственный за его разработку. В настоящее время это отраслевой стандарт для твердотельных накопителей PCIe для всех форм-факторов. К ним относятся форм-факторы, такие как стандартный 2,5-дюймовый форм-фактор U.2, внутренний M.2, карта расширения (AIC) и различные форм-факторы EDSFF.

Существует много интересных изменений, связанных с дополнительными функциями стандарта, такими как создание нескольких очередей, объединение операций ввода-вывода, определение права собственности и процесса приоритизации, многопутевость и виртуализация операций ввода-вывода, захват асинхронных обновлений устройств и многие другие корпоративные функции, которые еще не реализованы. существовал раньше. В следующем блоге я подробно расскажу об этих функциях и о том, как они открывают новые возможности для бизнеса, основанного на данных.

Мы видим, что стандарт используется во многих случаях. Одним из примеров является зонированное хранилище и твердотельные накопители ZNS. Зонированное пространство имен NVMe (ZNS) — это техническое предложение, рассматриваемое организацией NVM Express. Он пришел к тому, чтобы бороться с массовым управлением данными в крупномасштабных развертываниях инфраструктуры, перемещая интеллектуальное размещение данных с диска на хост. Для этого он делит LBA пространства имен на зоны, которые должны быть записаны последовательно, а при повторной записи должны быть явно сброшены. Спецификация представляет новый тип накопителя NVMe, который обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с традиционными твердотельными накопителями NVMe, например:

  • Более высокая производительность за счет уменьшения объема записи.
  • Увеличение пропускной способности за счет меньшего избыточного выделения ресурсов.
  • Снижение затрат благодаря уменьшению объема оперативной памяти контроллера твердотельного накопителя.
  • Уменьшены задержки

Другим интересным вариантом использования являются карты SD™ и microSD™ Express, которые объединяют карты SD и microSD с интерфейсами PCIe и NVMe. См. здесь. Это пример возможностей нового поколения высокопроизводительных мобильных вычислений.

Наконец, протокол NVMe не ограничивается простым подключением флэш-накопителей, его также можно использовать в качестве сетевого протокола или NVMe over Fabrics. Этот новый сетевой протокол позволяет создавать высокопроизводительные сетевые структуры хранения данных и использовать общие платформы для различных видов транспорта.

Почему NVMe важен для вашего бизнеса?

Корпоративные системы, как правило, испытывают нехватку данных. Экспоненциальный рост объема данных и запросов от новых приложений может привести к зависанию твердотельных накопителей. Даже высокопроизводительные твердотельные накопители, подключенные к устаревшим протоколам хранения, могут иметь более низкую производительность, более высокие задержки и низкое качество обслуживания при столкновении с некоторыми из новых проблем Fast Data. Уникальные функции NVMe помогают избежать узких мест для всего, от традиционных масштабируемых приложений баз данных до новых архитектур граничных вычислений, и масштабирования для удовлетворения новых потребностей в данных.

Разработанный для высокопроизводительных и энергонезависимых носителей, NVMe — единственный протокол, который выделяется в очень требовательных и ресурсоемких корпоративных, облачных и периферийных экосистемах данных.

Я надеюсь, что этот блог помог вам понять, что такое NVMe и почему он так важен. Вы можете продолжить чтение моего следующего блога, в котором рассматриваются некоторые интересные функции NVMe для пограничных и облачных центров обработки данных. Или посмотрите наш ассортимент твердотельных накопителей NVMe с малой задержкой и максимальной пропускной способностью.

Технология NVMe обеспечивает превосходное хранилище, превосходную скорость и превосходную совместимость. Поскольку NVMe использует разъемы PCIe, он передает в 25 раз больше данных, чем эквивалент SATA. Наряду с большим объемом данных команды NVMe выполняются в 2 раза быстрее, чем у драйверов AHCI. Кроме того, количество операций ввода-вывода NVMe в секунду (IOPS) превышает 1 миллион, что на 900 % быстрее по сравнению с дисками AHCI. NVMe также напрямую взаимодействует с системным процессором, обеспечивая невероятную скорость благодаря своей совместимости. Диски NVMe работают со всеми основными операционными системами независимо от форм-фактора.

NVMe (Энергонезависимая память Express) – это коммуникационный интерфейс и драйвер, использующие преимущества повышенной пропускной способности PCIe. Он предназначен для повышения производительности и эффективности, обеспечивая при этом совместимость широкого спектра корпоративных и клиентских систем. NVMe был разработан для твердотельных накопителей и обменивается данными между интерфейсом хранилища и ЦП системы с помощью высокоскоростных разъемов PCIe без ограничений форм-фактора.

Протокол NVMe использует параллельные пути передачи данных с малой задержкой к базовым носителям, таким как архитектуры высокопроизводительных процессоров. Это обеспечивает значительно более высокую производительность и меньшие задержки по сравнению с протоколами SAS и SATA. NVMe может поддерживать несколько очередей ввода-вывода, до 64 КБ, каждая из которых имеет 64 КБ записей. Это позволяет задачам ввода-вывода передавать больше данных быстрее, чем старые модели хранения, использующие устаревшие драйверы, такие как AHCI (расширенный интерфейс хост-контроллера).Поскольку NVMe разработан специально для твердотельных накопителей, со временем он станет новым отраслевым стандартом.

Твердотельный накопитель: тогда и сейчас

< бр />

Шины данных передают данные внутри системы, и когда впервые появились твердотельные накопители на основе NAND, отрасли стало ясно, что необходимы новая шина и протокол.

  • Первые твердотельные накопители были относительно медленными, что делало удобным использование существующей инфраструктуры хранения SATA. Несмотря на то, что скорость шины SATA увеличилась до 16 Гбит/с, почти все коммерческие реализации шины SATA по-прежнему поддерживают 6 Гбит/с.
  • Общая пропускная способность PCIe 3.0 составляет 16 Гбит/с, а пропускная способность PCIe 4.0 вдвое превышает пропускную способность PCIe 3.0. Он предлагает до 16 линий и может передавать данные со скоростью до 32 000 МБ/с, тогда как SATA III передает только до 600 МБ/с.

Решение использовать существующую шинную технологию с более высокой пропускной способностью заменило протоколы SATA технологией PCIe. Хранилище PCIe появилось на несколько лет раньше, чем NVMe, но, поскольку предыдущие решения были узкими местами из-за старых протоколов передачи данных, таких как SATA и AHCI, его потенциал не мог быть использован в полной мере до последних лет. NVMe был решением для устранения узких мест и устранения ограничений, предлагая команды с малой задержкой и очереди 64 КБ. Несколько очередей обеспечивают более быструю передачу данных, поскольку данные записываются на твердотельные накопители разбросанно с использованием микросхем и блоков, а не на вращающиеся диски, такие как жесткие диски.

Драйверы связи: AHCI и NVMe

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

  • NVMe разработан специально для твердотельных накопителей с технологией флэш-памяти, что делает его быстрее, чем драйверы AHCI, которые были разработаны для обычных жестких дисков с технологией вращающихся дисков.
  • В то время как NVMe имеет 64 КБ очередей команд и может отправлять 64 КБ команд в каждой очереди, AHCI имеет только одну очередь команд и может отправлять только тридцать две команды в каждой очереди.
  • С драйверами AHCI команды используют высокие такты ЦП с задержкой 6 микросекунд, в то время как команды драйвера NVMe используют низкие такты ЦП с задержкой 2,8 микросекунд.

Драйвер NVMe связывается напрямую с системным ЦП, но AHCI должен связываться с контроллером SATA. AHCI имеет IOPS (операций ввода-вывода в секунду) до 100 000, в то время как NVMe имеет IOPS более 1 миллиона. IOPS (количество операций ввода-вывода в секунду, произносится как i-ops) – это общепринятый показатель производительности, используемый для сравнения компьютерных устройств хранения данных.

< бр />

Форм-факторы NVMe SSD


Твердотельные накопители NVMe бывают разных форм-факторов, но они различаются в зависимости от варианта использования или приложения.

    • В продуктах для личного пользования и клиентов используются форм-факторы BGA и M.2.
    • Приложения центра обработки данных/сервера используют форм-факторы M.2, U.2, U.3 и EDSFF.

    Разрабатываются стандарты и усилия в рамках EDSFF (форм-фактор твердотельных накопителей для предприятий и центров обработки данных), который предлагает динамический диапазон форм-факторов и стандартов, использующих один и тот же протокол (NVMe), один и тот же интерфейс (PCIe) и использующих их собственный краевой разъем (SFF-TA-1002), распиновка и функции (SFF-TA-1009).

    Ресурсы NVMe

    article nvme general

    Что такое технология NVMe SSD?

    NVMe – это протокол, разработанный для флэш-накопителей, таких как твердотельные накопители, поскольку мы выходим за рамки устаревших стандартов AHCI, используемых в твердотельных накопителях SATA и жестких дисках с вращающимся диском.

    article nvme client

    NVMe SSD для клиентских систем

    Преимущества NVMe для производительности ПК, игр и создания контента.

    article nvme enterprise

    Преимущества NVMe на предприятии

    Соображения для ЦОД при выборе NVMe вместо SATA.

    article nvme инфографика

    PDF: Общие сведения о технологии твердотельных накопителей: NVMe, SATA, M.2

    Различия между различными технологиями SSD, такими как SATA и NVMe, и преимущества новейших технологий.


    Том Вестрик


    Том Вестрик
    Писатель

    Том Вестрик профессионально пишет о технологиях с 2014 года, но еще подростком начал интересоваться электроникой. Его работы были опубликованы на Android Central, iMore и Windows Central. Когда он не пишет, Том работает техником службы поддержки первого уровня, автором песен и гитаристом. Подробнее.

    Samsung 970 EVO NVMe SSD

    Самсунг

    Самое большое обновление, которое вы можете сделать на своем старом ПК, — это более быстрое хранилище. Другие компоненты, такие как ЦП и ГП, безусловно, улучшились за последнее десятилетие, но все оценят более быстрое хранилище.

    NVMe — это новейший и лучший интерфейс хранения данных для ноутбуков и настольных компьютеров, который обеспечивает гораздо более высокую скорость чтения и записи, чем старые интерфейсы. Это дорого обходится, поэтому в зависимости от того, для чего вы используете компьютер, покупка диска NVMe может не иметь смысла.

    Что такое диски NVMe?

    Экспресс-память с энергонезависимой памятью (NVMe) – это интерфейс хранилища, представленный в 2013 году. "Энергонезависимая" означает, что память не стирается при перезагрузке компьютера, а "Экспресс" означает, что данные перемещаются по Интерфейс PCI Express (PCIe) на материнской плате вашего компьютера. Это обеспечивает более прямое подключение накопителя к материнской плате, поскольку данные не должны передаваться через контроллер Serial Advance Technology Attachment (SATA).

    Диски NVMe намного быстрее, чем накопители SATA, которые существуют уже много лет. PCIe 3.0 — текущее поколение стандарта PCI Express — имеет максимальную скорость передачи 985 мегабайт в секунду (Мбит/с) по каждой линии. Диски NVMe могут использовать 4 линии PCIe, что означает теоретическую максимальную скорость 3,9 Гбит/с (3940 Мбит/с). Между тем, один из самых быстрых твердотельных накопителей SATA — Samsung 860 Pro — достигает максимальной скорости чтения и записи около 560 МБ/с.

    Диски NVMe бывают нескольких форм-факторов. Наиболее распространенной из них является палка m.2, показанная выше. Они имеют ширину 22 мм и длину 30, 42, 60, 80 или 100 мм. Эти палочки достаточно тонкие, чтобы их можно было положить на материнскую плату, поэтому они идеально подходят для компьютеров и ноутбуков небольшого форм-фактора. Имейте в виду, что некоторые твердотельные накопители SATA используют тот же форм-фактор, поэтому вам следует уделить пристальное внимание и убедиться, что вы не купили по ошибке более медленный диск. Samsung 970 EVO является примером накопителя m.2 NVMe.

    Intel 750 Series PCIe SSD

    Интел

    Следующим является форм-фактор PCIe-3.0. Это похоже на графический процессор и другие аксессуары в том, что он подключается к любому из слотов PCIe-3.0 на вашей материнской плате. Это хорошо для полноразмерных корпусов ATX и материнских плат, но ограничивает ПК малого форм-фактора и невозможно внутри корпуса ноутбука. Твердотельный накопитель Intel 750 — это пример накопителя PCIe-3.0 NVMe.

    Стоит ли покупать твердотельный накопитель NVMe?

    Samsung 860 PRO SATA SSD

    Самсунг

    Нужна ли вам более высокая скорость, зависит от вашей конкретной рабочей нагрузки. Но хотя диски NVMe падают в цене — NVMe Samsung 970 Pro и SATA Samsung 860 Pro стоят около 150 долларов за размер 500 ГБ — не думайте, что вам нужно спешить и заменить твердотельный накопитель SATA.

    Твердотельный накопитель SATA позволяет включить компьютер за несколько секунд, мгновенно запускать программы и относительно быстро копировать и перемещать файлы. Но если вы работаете с большим количеством огромных видео — будь то из базы данных, редактирования видео или копирования Blu-Ray — дополнительные затраты могут окупиться, позволяя вам работать быстрее.

    В моем случае я буду рад использовать свой твердотельный накопитель SATA, пока он не перестанет работать. Нет особого смысла тратить деньги на диск NVMe прямо сейчас только потому, что мой компьютер включается за четыре секунды вместо пяти, или редкий гигантский файл, который мне приходится перемещать, передается немного быстрее. Когда придет время для нового SSD, я выберу модель NVMe, потому что зачем платить столько же за худший продукт?

    Если у вас еще есть срок службы вашего твердотельного накопителя SATA или вам нужно что-то прямо сейчас, просто знайте, что диски NVMe начинают дешеветь. Обновляйте и тратьте деньги, когда вам нужно, и ни на мгновение раньше.

    • › Что такое колода Steam и стоит ли ее покупать?
    • › Как выбрать лучший твердотельный накопитель NVMe для PlayStation 5
    • › Как удалить данные с Mac, который не загружается
    • › Загляните внутрь будущего ПК Steam Deck от Valve
    • › NVMe или SATA: какая технология SSD быстрее?
    • › Какие старые компоненты можно повторно использовать при сборке нового ПК?
    • › Где вы должны разориться при сборке ПК (и где вы не должны)
    • › Что означает XD и как вы его используете?

    Читайте также: