SSD против NVMe: разница и сравнение

SSD (твердотельный накопитель) и NVMe (энергонезависимая память Express) — это типы технологий хранения данных. В то время как твердотельные накопители используют флэш-память NAND и подключаются через SATA или другие интерфейсы, NVMe — это протокол, специально разработанный для более быстрой связи между хранилищем и системой с использованием интерфейса PCIe. Диски NVMe обеспечивают значительно более высокую скорость передачи данных по сравнению с традиционными твердотельными накопителями, что делает их подходящими для задач, требующих быстрого доступа к большим объемам данных.

Основные выводы

1. Диски NVMe обеспечивают более высокую скорость, чем традиционные твердотельные накопители, благодаря их усовершенствованному интерфейсу, позволяющему передавать больше данных за более короткое время.
2. Твердотельные накопители имеют больший форм-фактор и могут использоваться в более широком диапазоне устройств, в то время как накопители NVMe меньше по размеру и больше подходят для высокопроизводительных систем.
3. Хотя накопители NVMe дороже традиционных твердотельных накопителей, их более высокая скорость и улучшенная производительность делают их лучшим выбором для пользователей, которым требуются высокоскоростные решения для хранения данных.

Разница между SSD и NVMe

Разница между SSD и NVMe заключается в том, что SSD хранит данные с помощью интегральных схем, а NVMe — это интерфейс для доступа к хранимым данным на высокой скорости. NVMe гораздо более продвинут, чем SSD, и, следовательно, быстрее и лучше шифруется, чем последний. Но это не значит, что NVMe безупречен и имеет какие-то недостатки. 

Сравнительная таблица для SSD против NVMe

Особенность	SSD	NVMe
Интерфейс:	SATA III (чаще всего), PCIe (реже).	PCIe
Скорость передачи данных:	До 6 Гбит/с (SATA)	До 32 Гбит/с (PCIe 4.0)
Очереди команд:	Единая очередь с 32 командами	До 65,535 65,536 очередей по XNUMX XNUMX команд в каждой.
Задержка:	Ниже, чем у HDD, выше, чем у NVMe	Значительно ниже, чем у SSD и HDD SATA.
Потребляемая мощность:	Ниже, чем HDD	Чуть выше, чем у SATA SSD, ниже, чем у HDD в режиме ожидания
Форм-фактор:	2.5-дюймовый, M.2, SATA mSATA	М.2, У.2
Цена:	Как правило, дешевле	Обычно дороже
Лучше всего подходит для:	Повседневные задачи, умеренные игры	Высокопроизводительные задачи, требовательные игры, рабочие станции

Что такое SSD?

SanDisk впервые представила твердотельный накопитель. Его можно назвать твердотельным устройством или твердотельным диском.

Когда он был впервые представлен в 1991 году, он мог хранить только до 20 МБ данных. В настоящее время эти диски могут хранить около 60-100 ТБ данных.

Эти накопители трудно повредить физически, и они более ударопрочные. Их время доступа быстрое, и они не требуют вращения диска для запуска.

Производительность разных накопителей может различаться в зависимости от количества битов, присутствующих в одной ячейке. Диски с одной ячейкой — самые быстрые и долговечные среди них; они также более экономичны.

Ранние твердотельные накопители использовали технологию оперативной памяти, но это не могло продолжаться, поскольку, хотя они были быстрыми, они теряли данные, как только заканчивалась энергия. Это привело к потере данных.

Следовательно, более надежная технология были найти, и это была флэш-память. Данные при хранении во флэш-памяти твердотельного накопителя не терялись при отключении питания, а хранились внутри устройства.

Как работает SSD?

Архитектура

Твердотельные накопители построены на основе технологии флэш-памяти с использованием интегральных схем вместо вращающихся дисков и механических головок чтения/записи. Ключевые компоненты SSD включают микросхемы флэш-памяти, контроллер, интерфейс NAND и кэш-память.

Микросхемы флэш-памяти хранят данные в энергонезависимой памяти, используя электрические заряды, организованные в страницы и блоки. Контроллер управляет всеми операциями с данными, обеспечивая целостность данных, оптимизируя производительность и продлевая срок службы SSD. Интерфейс NAND соединяет микросхемы флэш-памяти с контроллером, обеспечивая передачу данных.

Многие твердотельные накопители имеют кэш — область временного хранения часто используемых данных. Кэш, состоящий из высокоскоростной энергозависимой памяти, такой как DRAM, повышает скорость чтения и записи за счет уменьшения задержки при доступе к флэш-памяти.

Вместе эти компоненты обеспечивают быстрое, надежное и эффективное хранение данных на твердотельных накопителях, что делает их популярным выбором для современных вычислений.

Компоненты

В дополнение к базовой архитектуре твердотельные накопители могут включать в себя дополнительные компоненты, повышающие функциональность, надежность и совместимость интерфейсов. Некоторые известные компоненты включают тепловые датчики, механизмы защиты от потери питания и возможности шифрования.

В твердотельные накопители встроены термодатчики для контроля температуры и предотвращения перегрева. Эти датчики обеспечивают обратную связь с контроллером, позволяя ему регулировать производительность или активировать защитные меры, когда это необходимо.

SSD могут использовать механизмы защиты от потери питания для защиты данных во время внезапных сбоев питания. В этих механизмах используются суперконденсаторы или другие накопители энергии для обеспечения временного питания. Это позволяет контроллеру сохранять любые ожидающие данные во флэш-памяти перед безопасным отключением.

Для обеспечения безопасности данных некоторые твердотельные накопители предлагают встроенные возможности аппаратного шифрования. В этих твердотельных накопителях используются алгоритмы шифрования для шифрования данных, записанных на диск, что обеспечивает безопасность хранимой информации и ее защиту от несанкционированного доступа.

Руководство по покупке SSD

Пропускная способность

Емкость SSD относится к объему данных, которые он может хранить. Доступны твердотельные накопители различной емкости: от 128 ГБ до нескольких терабайт (ТБ). При выборе емкости учитывайте требования к хранилищу, включая размер операционной системы, приложений и файлов. Если вы в основном используете свой компьютер для выполнения основных задач и вам не требуется много места для хранения, может быть достаточно меньшего SSD, например, 256 ГБ или 512 ГБ. Однако, если вы работаете с большими медиафайлами или вам нужно достаточно места для игр, редактирования видео или профессиональных приложений, выбирайте более крупные емкости, например 1 ТБ или выше.

Скорость

Скорость SSD играет решающую роль в общей производительности системы. Два основных фактора определяют скорость SSD: скорости чтения и записи, называемые последовательной и случайной скоростью. Последовательные скорости показывают, насколько быстро диск может читать или записывать большие смежные блоки данных, что делает их важными для передачи файлов и времени загрузки.

С другой стороны, случайные скорости измеряют способность диска получать доступ и обрабатывать небольшие разбросанные данные, что жизненно важно для повседневных вычислительных задач, таких как открытие приложений и многозадачность. Ищите твердотельные накопители с высокой скоростью последовательного и случайного чтения/записи, чтобы обеспечить плавную и быструю работу.

Интерфейс

Интерфейс твердотельного накопителя определяет, как он подключается к материнской плате вашего компьютера, а также влияет на его совместимость и производительность. Наиболее распространенными интерфейсами для твердотельных накопителей являются SATA (Serial ATA) и NVMe (энергонезависимая память Express). Твердотельные накопители SATA, доступные в форм-факторах 2.5 дюйма и M.2, обеспечивают хорошую производительность и совместимы с большинством компьютеров.

Они являются отличным выбором для тех, кто отказывается от традиционных жестких дисков. Твердотельные накопители NVMe в форм-факторе M.2 используют интерфейс PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) и обеспечивают значительно более высокие скорости, чем SATA. Если ваша система поддерживает NVMe, выбор твердотельного накопителя NVMe может привести к заметному повышению производительности.

Репутация Бренда

Репутация бренда — важный фактор, который следует учитывать при покупке SSD. Авторитетные бренды отдают приоритет контролю качества, надежности и поддержке клиентов, обеспечивая лучший общий опыт. В число известных производителей твердотельных накопителей входят Samsung, Western Digital, Crucial, Kingston, Intel и SanDisk. Для оценки репутации бренда рекомендуется изучить отзывы клиентов, профессиональные стандарты и данные о надежности. Кроме того, бренды, предлагающие более длительные гарантийные сроки, вызывают больше доверия к своей продукции.

Что такое NVMe?

NVM Express разработала первый интерфейс NVMe. Это началось десять лет назад, в 2011 году. Желание разработать интерфейс появилось после того, как люди столкнулись с некоторыми недостатками твердотельных накопителей.

Как и в случае с твердотельными накопителями, NVMe должен быть физически вставлен вместе с носителем.

В то время как твердотельные накопители могут выполнять только одну запрос или команду за раз, это не относится к NVMe. Они могут приносить результаты из нескольких запросов и команд.

Это также уменьшает задержку и обеспечивает минимальную задержку при получении результатов. Они поставляются в виде 2.5-дюймовых карт, которые помещаются в систему хранения данных компьютера.

Первый шаг к доступу к энергонезависимой памяти появился на форуме разработчиков Intel в 2007 году. Он был завершен в 2008 году и опубликован на веб-сайте Intel.

Более 90 компаний участвовали в разработке спецификаций NVMe. Компания Integrated Device Technology сделала NVMe коммерчески доступной для людей в августе 2012 года.

Преимущества NVMe

Быстрые скорости

NVMe обеспечивает замечательную скорость передачи данных, превосходящую традиционные интерфейсы хранения, такие как SATA (Serial ATA). Используя интерфейс PCIe (Peripheral Component Interconnect Express), NVMe обеспечивает прямой и выделенный путь между устройством хранения и процессором компьютера. Это прямое соединение обеспечивает более быструю и эффективную передачу данных, значительно повышая скорость чтения и записи. С NVMe пользователи могут испытать быструю загрузку, быстрый запуск приложений и бесперебойную передачу данных.

Нижняя задержка

Под задержкой понимается время, необходимое для обработки запроса данных. NVMe значительно снижает задержку по сравнению с другими протоколами хранения. Традиционные жесткие диски (HDD) и даже твердотельные накопители SATA имеют задержки из-за механических компонентов или ограничений интерфейса.

NVMe предназначен для минимизации задержки за счет использования упрощенного набора команд и более короткого и прямого пути данных. Это сокращение задержки приводит к улучшению отклика системы, более быстрому доступу к данным и повышению общей производительности, особенно в приложениях, чувствительных к задержкам, таких как игры, виртуальная реальность и обработка данных в реальном времени.

Высокая эффективность

NVMe очень эффективен как с точки зрения энергопотребления, так и с точки зрения системных ресурсов. Упрощенная архитектура и оптимизированный набор команд NVMe сводят к минимуму нагрузку на ЦП, необходимую для выполнения задач, связанных с хранением. Эта эффективность повышает производительность системы и приводит к снижению энергопотребления, что особенно полезно для ноутбуков, планшетов и других мобильных устройств. С NVMe пользователи могут наслаждаться более длительным временем автономной работы и более низким охлаждением благодаря снижению энергопотребления.

Улучшенная масштабируемость

Масштабируемость означает расширение или обновление возможностей хранения без ущерба для производительности. NVMe превосходит в этом аспекте, предлагая превосходную масштабируемость по сравнению с традиционными технологиями хранения. Диски NVMe можно легко добавлять или заменять, а несколько дисков NVMe можно комбинировать в различных конфигурациях, таких как RAID (избыточный массив независимых дисков), для создания более крупных и гибких решений для хранения данных. Эта масштабируемость имеет решающее значение для современных вычислительных сред, где потребность в емкости хранения быстро растет.

Варианты использования NVMe

Потребительские приложения

NVMe становится все более популярным в потребительских приложениях, в первую очередь благодаря своей способности обеспечивать молниеносную производительность хранения. Вот несколько распространенных вариантов использования NVMe потребителем:

1. Игры: геймеры могут извлечь большую выгоду из более высоких скоростей NVMe и меньшей задержки. Хранилище NVMe обеспечивает более быструю загрузку игры, плавный переход между уровнями и уменьшение задержки в игре, обеспечивая плавный и захватывающий игровой процесс.
2. Создание контента. Профессионалам и энтузиастам, занимающимся созданием контента, например, редактированием видео, трехмерным моделированием и графическим дизайном, требуется высокоскоростное хранилище для обработки файлов большого размера. NVMe ускоряет рендеринг, кодирование и передачу данных, повышая эффективность рабочих процессов и производительность.
3. Потребление мультимедиа: с распространением видеоконтента с высоким разрешением хранилище NVMe обеспечивает плавное воспроизведение и быстрый доступ к медиафайлам, улучшая общее качество потоковой передачи и мультимедиа. Пользователи могут быстро загружать большие библиотеки мультимедиа и перемещаться по ним, повышая скорость отклика мультимедийных приложений.
4. Персональная производительность: скорость NVMe и низкая задержка улучшают реакцию системы, делая повседневные задачи, такие как загрузка компьютера, запуск приложений и многозадачность, намного быстрее и плавнее. Это повышает личную производительность за счет сокращения времени ожидания и повышения общей эффективности.

Корпоративные приложения

1. Системы баз данных. Приложениям на основе баз данных, таким как системы обработки транзакций и аналитика больших данных, требуется высокопроизводительное хранилище для обработки больших наборов данных и обеспечения быстрого доступа к ним. NVMe обеспечивает более быструю обработку запросов к базе данных, улучшенную аналитику в реальном времени и эффективное управление данными, улучшая понимание бизнеса и эффективность работы.
2. Виртуализация и облачные вычисления: низкая задержка и высокая масштабируемость NVMe делают его идеальным решением для хранения данных для виртуализированных сред и платформ облачных вычислений. Он обеспечивает быстрое предоставление виртуальных машин (ВМ), более быструю миграцию виртуальных машин и повышенную скорость отклика облачных приложений, что повышает удобство работы пользователей и оптимизирует использование ресурсов.
3. Высокопроизводительные вычисления (HPC): Отрасли, которые полагаются на интенсивные вычислительные задачи, такие как научные исследования, финансовое моделирование и искусственный интеллект, могут извлечь выгоду из высокоскоростного хранилища NVMe. NVMe ускоряет доступ к данным и их обработку, сокращая время вычислений и ускоряя анализ и принятие решений.
4. Центры обработки данных: диски NVMe обеспечивают более высокую плотность и меньшее энергопотребление, что делает их подходящими для развертывания в центрах обработки данных. Их эффективность и масштабируемость позволяют центрам обработки данных быстрее предоставлять услуги хранения, справляться с растущими рабочими нагрузками и оптимизировать использование ресурсов, повышая производительность центра обработки данных и снижая эксплуатационные расходы.

Основные различия между SSD и NVMe

• Фактор формы:
  • SSD (твердотельные накопители) могут иметь различные форм-факторы, включая SATA, mSATA и M.2.
  • NVMe (Энергонезависимая память Express) — это протокол, разработанный специально для твердотельных накопителей и обычно используемый в форм-факторе M.2.
• Интерфейс:
  • SSD используют интерфейс SATA, который является стандартом для подключения устройств хранения данных.
  • NVMe использует интерфейс PCIe (Peripheral Component Interconnect Express), обеспечивающий более высокую скорость передачи данных по сравнению с SATA.
• Скорость:
  • Твердотельные накопители обеспечивают относительно высокую скорость передачи данных, при этом твердотельные накопители SATA имеют более низкую скорость по сравнению с твердотельными накопителями NVMe.
  • Твердотельные накопители NVMe используют интерфейс PCIe, обеспечивая значительно более высокую скорость передачи данных по сравнению с твердотельными накопителями SATA.
• Задержка:
  • Твердотельные накопители NVMe имеют меньшую задержку по сравнению с твердотельными накопителями SATA, поскольку протокол NVMe оптимизирован для доступа к хранилищу с малой задержкой.
• Глубина очереди:
  • NVMe поддерживает большую глубину очереди, что обеспечивает лучший параллелизм и повышенную производительность при обработке нескольких одновременных запросов данных по сравнению с твердотельными накопителями, использующими SATA.
• Производительность:
  • Твердотельные накопители NVMe обеспечивают более высокую общую производительность как с точки зрения скорости последовательного, так и произвольного чтения/записи по сравнению с твердотельными накопителями SATA.
• Совместимость:
  • Твердотельные накопители, использующие интерфейс SATA, более широко совместимы со старыми системами, поскольку SATA является давно устоявшимся стандартом.
  • Для использования NVMe в полной мере могут потребоваться совместимая материнская плата и BIOS, что может ограничить совместимость со старыми системами.
• Потребляемая мощность:
  • Твердотельные накопители NVMe, как правило, более энергоэффективны по сравнению с некоторыми твердотельными накопителями SATA, поскольку протокол NVMe предназначен для оптимизации энергопотребления во время передачи данных.
• Цена:
  • Как правило, твердотельные накопители SATA более экономичны по сравнению с твердотельными накопителями NVMe, что делает их экономически эффективным вариантом для пользователей с менее высокими требованиями к производительности.
• Случаи использования:
  • Твердотельные накопители SATA подходят для повседневных вычислительных задач, предлагая хороший баланс между скоростью и стоимостью.
  • Твердотельные накопители NVMe идеально подходят для высокопроизводительных вычислительных задач, игр и других приложений, где более высокая скорость передачи данных имеет решающее значение.

Рекомендации

1. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/8366931/
2. https://dl.acm.org/doi/abs/10.1145/3195970.3196085
3. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/8416843/ 

Последнее обновление: 02 марта 2024 г.