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

  • 21.02.2020
  • 473
  • 0
  • 100.00%
  • 7
  • 22.02.2020
Что такое NVMe (M.2) SSD и в чем его отличие от обычных SSD дисков

В данной статье мы рассмотрим основные вопросы, которые возникают при покупке новых SSD дисков, форм-фактора M.2 с интерфейсом PCI-E, а также их достоинства, недостатки и отличия от обычных SSD и HDD дисков с интерфейсом SATA.

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.

В силу того, что разъём SATA Express не получил должного распространения, а использование шины PCI Express оказалось довольно громоздким и не всегда целесообразным решением, у него появилась надстройка в виде разъёма M.2.
Фактически M.2 является более компактной реализацией SATA Express с поддержкой шины PCI Express 3.0 и SATA 3.0, в дополнение в надстройку M.2 была добавлена эмуляция интерфейса USB 3.0, что позволяет использовать M.2 не только для подключения твердотельных дисков, но и различных плат расширения, например Wi-Fi или Bluetooth.
В дополнение M.2 начал использоваться как замена mSATA и Mini PCI-E, которые получили распространение в мобильных решениях, различных тонких клиентах и ноутбуках.

Хоть все эти сокращения и аббревиатуры являются неотъемлемой частью в формирования понятия и представления о жестких и твердотельных дисков, их не стоит путать.

Давайте сделаем краткую выжимку из текста выше и попробуем расставить всё на свои места:

1. IDE (в последствии был переименован в PATA) — это параллельный интерфейс для подключения жестких дисков.

2. SATA — это последовательный интерфейс для подключения жестких дисков, который на протяжении своего жизненного цикла получил несколько номерных ревизий и улучшений.

3. Режим AHCI — это механизм или набор логики, который появился в SATA интерфейсе и используется для работы с накопителями информации.

Хотелось бы отметить, что для работы режима AHCI операционная система вашего компьютера должна поддерживать данный режим. Полноценная поддержка режим AHCI была добавлена в операционные системы Windows начиная с Windows Vista.

4. NVMe (NVM Express) — это спецификация протокола доступа и работы с твердотельным накопителям (SSD), которые подключены по шине PCI Express.

И только теперь после формирования у вас понятия и представления об интерфейсах и механизмах работы накопителей информации мы можем ответить на главный вопрос: «Что такое NVMe и чем он отличается от обычного твердотельного накопителя».

NVMe SSD - это твердотельный диск с поддержкой спецификации, которая оптимизирована специально для работы с твердотельными накопителями информации и позволяет раскрыть весь потенциал флеш-памяти, которая используется в совеременных SSD.

Интерфейсы подключения NVMe (M.2) SSD дисков

На момент написания статьи на рынке есть большое количество моделей SSD NVMe дисков с различными интерфейсами подключения, такими как SATA III (самый старый), PCI-E 2.0 x2, PCI-E 2.0 x4, PCI-E 3.0 x4, PCI-E 4.0 x4 (самый новый). И неподготовленному человеку довольно трудно понять, что значат все эти аббревиатуры и какая из них лучше. Поэтому постараемся ответить на этот вопросы как можно более простым языком. Ниже вы можете увидеть таблицу с теоретическими скоростями, которые позволяет достичь каждый из интерфейсов:

Интерфейс подключения ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ пропускная способность РЕАЛЬНАЯ пропускная способность (по тестам)
SATA III 6.0 Gb/s (750 MB/s) ~ 4.8 Gb/s (600 MB/s)
PCI-E 2.0 x2 8 Gb/s (1000 MB/s) ~ 6.4 Gb/s (800 MB/s)
PCI-E 2.0 x4 16 Gb/s (2000 MB/s) ~ 12.8 Gb/s (1600 MB/s)
PCI-E 3.0 x4 32 Gb/s (4000 MB/s) ~ 31.5 Gb/s (3900 MB/s)
PCI-E 4.0 x4 64 Gb/s (8000 MB/s) ~ 63 Gb/s (7877 MB/s)

Как видно из таблицы, на текущий момент самым быстрым является интерфейс PCI-E 4.0 x4, т.к. он дает огромную скорость чтения и записи, а самым медленным SATA III.

Очень важно понимать, что для того, чтобы получить максимальную производительность, необходимо не только купить SSD NVMe с как можно более скоростным интерфейсом, но и материнская плата, на которую данный диск будет устанавливаться, должна поддерживать работу с NVMe дисками именного с этим интерфейсом. Потому что, если вы купите быстрый и дорогой диск с интерфейсом PCI-E 4.0 x4, а ваша материнская плата (купленная несколько лет назад) будет поддерживать лишь PCI-E 2.0 x4, то диск заработает, НО его скорость работы будет очень сильно ограничена из-за данного интерфейса и общая производительность будет сильно ниже, чем могла бы быть, если бы материнская плата поддерживала современный интерфейс подключения

Размеры NVMe (M.2) SSD дисков (форм-фактор)

В данный момент наиболее распространенными форм-фактором для NVMe дисков является M.2 2280 (т.е. размером 22мм х 80мм), также на рынке существуют и другие размеры, наиболее популярными из которых являются M.2 2230 (22мм х 30мм), M.2 2242 (22мм х 42мм), M.2 2260 (22мм х 60мм), M.2 22110 (22мм х 110мм). Более наглядно вы можете это увидеть на картинке ниже:

Большинство современных материнских плат поддерживают все размеры, вплоть до M.2 22110. Т.е. можно будет установить диск любого размера, вплоть до 110мм, но перед покупкой необходимо ОБЯЗАТЕЛЬНО найти спецификацию материнской платы и убедиться, что в нее можно устанавливать диски таких габаритов, иначе можно столкнуться с проблемой, что диск просто не влезет в отведенное для него место, нарушая работу системы. Особенно это актуально для ноутбуков, т.к. там на многих моделях поддерживаются диски максимальным размером до M.2 2280 (22мм х 80мм) и новенький диск M.2 22110 физически просто не влезет в отведенное для него место установки. Поэтому обязательно проверяйте перед покупкой спецификации вашей модели материнской платы.

Стоит ли покупать NVMe (M.2) SSD диск?

Все зависит от того, для чего он вам нужен. NVME диск идеально подойдет в случае, если вы ставите операционную систему на этот диск (не важно Windows, Linux или что то другое), т.к. благодаря огромной скорости чтения и записи информации, ваша ОС будет загружаться очень быстро, а также будет минимум тормозов в процессе работы, если остальные комплектующие подобраны правильно. Также, если вы используете ресурсоемкие программы (видеоредакторы, моделирование и графика, компьютерные игры), то будет очень заметное увеличение производительности (например, скорость загрузки различных уровней в современных компьютерных играх). Одним словом любые программы, которые при своей работе должны много информации считывать с диска, либо наоборот записывать будут работать намного быстрее, чем если бы они были запущены со старого HDD или SSD диска.

Если же у вас уже есть какой-нибудь старый SSD диск, форм-фактора 2.5", на который установлена ОС, а компьютер вы используете исключительно чтобы посмотреть ютуб и посидеть в социальных сетях, либо же редактировать документы Word, то особого смысла в покупке NVMe диска нет, т.к. хоть он и даст увеличение производительности в некоторых задачах, это не будет так заметно, как при переходе с HDD на SSD

Была ли эта статья Вам полезна?


Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Напоминаем Вам, что Ваше сообщение будет опубликовано только после проверки администратором сайта. Обычно это занимает 1-2 рабочих дня.