Компьютеры и Интернет
Если вы пытаетесь понять разницу между NVMe, M.2 и SATA, то сначала вы должны понять некоторые основные вещи, касающиеся вашего собственного компьютера. В течение последних двух десятилетий производительность домашних компьютеров ограничивалась производительностью одного компонента больше, чем любого другого: жёсткого диска (HDD). Стандартный жесткий диск 7200 об/мин может обеспечить только среднюю скорость чтения/записи около 150 МБ/с. Напротив, ваша оперативная память, процессор и другие компоненты работают очень быстро.
При использовании компьютера данные передаются с накопителя в ОЗУ и из ОЗУ на накопитель. Когда вы открываете программу, все данные, необходимые для её работы, должны быть найдены на вашем диске и считаны в память. Когда вы сохраняете файл, который вы нашли в Интернете, вы делаете запись из памяти на накопитель. Другими словами, ваши накопители могут накладывать довольно жёсткие ограничения на производительность всей вашей системы.
Проблема в том, что люди используют больше данных, чем 20 лет назад. В настоящее время один файл фильма может занимать 10 ГБ пространства, а установка одной игры может занимать 100 ГБ или более. Поставив задачу переноса этих больших объёмов данных, жёсткие диски перестают работать, потому что им требуется механический рычаг для физической записи данных на вращающийся диск. И любое устройство, которое использует физически движущиеся части, будет безнадёжно медленным, когда дело доходит до больших данных.
Вот почему твёрдотельные накопители стали одним из самых значительных достижений в современных вычислениях. Не имея механических частей, они способны читать и записывать данные гораздо быстрее, чем обычные диски. Но что многие люди не понимают, так это то, что сама память в твёрдотельном накопителе оказалась узким местом! Технология настолько быстрая, что её ограничивающим фактором обычно является не аппаратное обеспечение, а кабели и порты, к которым подключается накопитель.
Что такое SATA?
Проще говоря, Serial Advanced Technology Attachment (SATA) – это стандарт, который был создан, чтобы помочь компьютерам взаимодействовать с периферийными устройствами. Подключения SATA начали использоваться в начале нового тысячелетия, когда они обеспечивали достаточную пропускную способность для дисков, которую пользователи использовали в те дни.
За эти годы SATA был адаптирован и улучшен как на дрожжах. Последняя итерация называется SATA 3.3 – формат, который поддерживает максимальную пропускную способность 600 МБ/с. По сравнению с SATA II, это буквально вдвое больше пропускной способности, но всё же явно ограничивает. И именно из-за этих ограничений твёрдотельные накопители на основе SATA имеют скорость чтения/записи около 500 МБ/с. Чтобы сделать это немного проще, когда вы читаете/записываете файлы, которые не фрагментированы, это примерно в четыре или пять раз быстрее, чем у большого SATA HHD.
Несмотря на то, что SATA по-прежнему полезен для ряда вещей, таких как оптические приводы и платы расширения, когда дело доходит до хранилища, можно легко увидеть возраст формата SATA. К счастью, уже есть ряд решений этой проблемы. Одно решение, которое уже широко применяется на новых материнских платах, называется энергонезависимой памятью (NVMe).
Что такое NVMe?
Как и SATA, NVMe – это тип спецификации интерфейса устройства. Это в основном набор правил для запоминающего устройства для взаимодействия с материнской платой через соединение PCIe. Другими словами, формат NVMe позволяет вашему накопителю работать через PCIe вместо SATA. Несмотря на то, что твёрдотельный накопитель NVMe использует тот же тип памяти, который вы найдете в твёрдотельном накопителе SATA, такой тип подключения оказывает огромное влияние на скорость и производительность.
С технической точки зрения эти правила выполняют сопоставление ввода и вывода ваших данных через интерфейс PCIe. По сравнению с SATA одной из сильных сторон NVMe является гораздо лучшая поддержка многоядерных процессоров. Ваш основной SATA SSD будет иметь максимум 32 команды, которые он может разместить в очереди, в то время как интерфейс NVMe имеет максимум 65 535 сообщений очереди. Следовательно, NVMe требует вдвое меньше инструкций от CPU, чем SATA-соединение, что помогает избежать узких мест CPU, которые вы обычно видите с SATA.
Важно понимать, что формат NVMe предназначен не только для твёрдотельных накопителей. Интерфейс NVMe может поддерживать широкий спектр устройств хранения энергонезависимой памяти. Это в основном конкурирующий стандарт со стандартом Advanced Technology Attachment (ATA), означающий ещё один набор правил, по которым периферийное устройство может общаться с компьютером.
Что делает PCIe таким замечательным?
В чем дело с PCIe? Это всё об архитектуре. Слоты PCIe состоят из «дорожек», которые относятся к одной паре проводов для приема сигналов и одной паре проводов для передачи сигналов. Именно эти провода посылают и принимают электрические импульсы, которые считываются как данные. Один слот PCIe может иметь до 16 линий, каждая из которых действует как независимое соединение от периферийного устройства к материнской плате.
Когда речь идёт о добавлении пропускной способности – этот формат обеспечивает невероятный диапазон адаптивности. Используемое масштабирование является полностью линейным, что означает, что 10-полосное соединение имеет вдвое большую пропускную способность, чем 5-полосное соединение.
Когда какое-то новое устройство нуждается в большей полосе пропускания, формат PCI позволяет решить проблему, используя больше полос, в то время как формат SATA не может помочь в этом. И эта способность адаптироваться к различным требованиям полосы пропускания – это то, что делает интерфейс PCIe лучше, чем SATA-соединение практически во всех отношениях.
Что это значит с практической точки зрения? NVMe может создать интерфейс с вашим компьютером, используя PCI Express 3.0, имея доступ к четырем линиям. Одна линия PCIe может переносить 8 Gigatransfers в секунду. Когда всё сказано и сделано, это означает, что диски NVMe достигают скорости записи, близкой к 3500 МБ/с, что примерно в семь раз лучше, чем вы можете получить через лучшие соединения SATA.
В какой-то момент в будущем даже прославленный формат PCIe достигнет своего предела. Периферийные устройства, которые, скорее всего, превысят эти пределы, в первую очередь, представляют собой графические процессоры, которые с каждым поколением, по-видимому, используют больше линий PCIe. Тем не менее, формат PCIe ещё далёк от его окончания. NVMe – относительно молодая технология, и она готова доминировать в будущем твёрдотельных накопителей.
Недостатком новой технологии является стоимость. Сравнение гигабайт-гигабайт SSD-накопителей NVMe и SATA-накопителей покажет, что накопители NVMe примерно в два раза дороже, чем их аналоги. Но история показала нам, что стоимость накопителей – это одна вещь, которая не длится долго. За последние пять лет стоимость SSD-дисков SATA за гигабайт резко упала. Стоимость накопителей NVMe может не сильно отставать.
Что такое М.2?
Хотя вы часто слышите, как NVMe и M.2 почти взаимозаменяемы, не все накопители NVMe являются накопителями M.2. С физической точки зрения, большинство дисков M.2 напоминают флеш-память. А M.2 просто относится к форм-фактору накопителя, как ATX относится к физическим размерам материнской платы. Есть даже диски M.2, которые работают с SATA-соединениями! Это связано с тем, что форм-фактор M.2 обеспечивает широкий диапазон гибких физических характеристик для столь же широкого диапазона устройств. Его небольшая форма делает его оптимальным для планшетов, ноутбуков и тому подобного.
Аналогично, диски NVMe не ограничены одним типом форм-фактора. Хотя большинство накопителей NVMe имеют спецификации M.2, вы также можете найти их в виде полных плат PCIe. Но форм-фактор имеет значение только тогда, когда речь идёт о таких вещах, как тепло и пространство. Когда дело доходит до скорости, важно то, как происходят электрические соединения. Другими словами, это имеет значение, если ваше соединение PCIe, SATA, USB и так далее.
NVMe – конкурирующий стандарт с SATA. Он был разработан, чтобы помочь обеспечить более высокие скорости для периферийных устройств, которые могут в этом нуждаться. Эти скорости возможны благодаря впечатляющему интерфейсу PCIe. Благодаря современной технологии накопители PCIe примерно в семь раз быстрее, чем всё, что вы можете выжать из SATA. PCIe имеет возможность использовать различные «дорожки», которые можно увеличить для полосы пропускания или уменьшить, чтобы использовать меньше электроэнергии.
Первые твердотельные накопители были разработаны, когда жёсткие диски были основным средством хранения информации в мире. NVMe – это формат, созданный для более быстрой передачи мультимедиа, чем HHD. Это стандарт, который специально уменьшает задержку в программном стеке хостов, разрешает больше операций ввода-вывода каждую секунду и может использовать меньше энергии в зависимости от того, сколько PCIe-линий он потребляет.
И хотя накопители и твёрдотельные накопители NVMe часто создаются в формате M.2, M.2 просто ссылается на один конкретный физический форм-фактор для встроенной в компьютер компьютерной карты. Формат M.2 обычно используется для твёрдотельных накопителей NVMe, но также используется и для множества других приложений. Будучи довольно маленькими, карты M.2 легко помещаются в ноутбуки, нетбуки, планшеты, телефоны и аналогичные устройства. И любое периферийное устройство, которое может быть встроено в этот размер, может использовать форм-фактор M.2, будь то жёсткий диск, звуковая карта или контроллер вентилятора.
