Сьогодні накопичувачі NVMe займають ключову позицію в системах зберігання даних комп’ютерів, і це не випадково. Твердотільні накопичувачі (SSD) з інтерфейсом NVMe не просто залишають позаду більшість попередніх SSD, вони також демонструють вищу швидкість передачі даних у порівнянні зі стандартними накопичувачами 3,5 та 2,5 дюймів.
Порівняння NVMe та SATA III
Для прикладу, візьмемо Samsung 860 Pro ємністю 1 ТБ, 2,5-дюймовий SSD, що забезпечує максимальну швидкість послідовного читання 560 мегабайт на секунду (МБ/с). Натомість його наступник, 960 Pro на базі NVMe, працює більш ніж ушестеро швидше, досягаючи пікової швидкості 3500 МБ/с.
Це пояснюється тим, що традиційні накопичувачі до NVMe підключаються до комп’ютера через інтерфейс SATA III, третю версію шини Serial ATA. NVMe, в свою чергу, є інтерфейсом хост-контролера для сучасних, більш швидкісних SSD.
Терміни SATA III та NVMe часто застосовуються для розрізнення застарілих та сучасних накопичувачів. Однак, важливо розуміти, що NVMe – це не просто ще один тип технології, аналогічний SATA III.
Далі ми розглянемо, чому для порівняння технологій використовуються саме терміни “SATA III” та “NVMe”.
Що являє собою SATA III?
У 2000 році на заміну стандарту Parallel ATA був представлений SATA. SATA забезпечив швидше з’єднання, що сприяло значному покращенню продуктивності у порівнянні з попередником. SATA III з’явився через вісім років, пропонуючи максимальну швидкість передачі даних 600 МБ/с.
Компоненти SATA III використовують специфічний роз’єм для підключення до ноутбуків та відповідний кабель для з’єднання з материнською платою настільних комп’ютерів.
Однак, підключення накопичувача до комп’ютерної системи через SATA III – це лише половина процесу. Щоб накопичувач міг взаємодіяти з системою, йому потрібен інтерфейс хост-контролера. Цю функцію виконує AHCI, який є найпоширенішим протоколом для обміну даними між дисками SATA III та комп’ютерною системою.
Протягом багатьох років SATA III і AHCI добре себе зарекомендували, зокрема на початкових етапах розвитку SSD. Проте, AHCI був оптимізований для обертових носіїв з великою затримкою, а не для енергонезалежних накопичувачів з низькою затримкою, таких як SSD, як пояснив представник виробника накопичувачів Kingston.
З розвитком технологій SSD досягли таких швидкостей, що врешті-решт обмеження інтерфейсу SATA III стали відчутними. SATA III і AHCI просто не могли забезпечити необхідну пропускну здатність для все більш потужних SSD.
Зі збільшенням швидкості та можливостей дисків почалися пошуки кращої альтернативи, і, на щастя, вона вже існувала в ПК.
Що таке PCIe?
PCIe – це ще один апаратний інтерфейс. Він відомий насамперед як спосіб встановлення відеокарти в настільний комп’ютер, але він також використовується для звукових карт, карт розширення Thunderbolt і накопичувачів M.2 (про них детальніше далі).
На материнській платі (зображення вище) легко побачити слоти PCIe. Вони зазвичай бувають у варіантах x16, x8, x4 та x1. Ці числа показують, скільки смуг передачі даних має слот. Чим більше смуг, тим більше даних можна передати за певний час, тому відеокарти використовують слоти x16.
На зображенні також є слот M.2, розташований безпосередньо під верхнім слотом x16. Слоти M.2 можуть використовувати до чотирьох смуг, тому вони позначаються як x4.
Ключові роз’єми PCIe на будь-якому комп’ютері під’єднані до ЦП для оптимальної продуктивності. Інші слоти PCIe підключаються до чіпсета. Це також забезпечує досить швидке підключення до ЦП, але не настільки швидке, як пряме підключення.
На сьогодні використовуються два покоління PCIe: 3.0 (найбільш поширений) і 4.0. Станом на середину 2019 року PCIe 4.0 був новітнім стандартом і підтримувався лише процесорами AMD Ryzen 3000 та материнськими платами X570. Версія 4, як і очікувалося, демонструє вищу швидкість передачі даних.
Однак, більшість компонентів ще не досягають максимальної пропускної здатності PCIe 3.0. Тому, хоча PCIe 4.0 є перспективним, він ще не є обов’язковим для сучасних комп’ютерів.
NVMe через PCIe
PCIe, подібно до SATA III, використовується для підключення окремих компонентів до комп’ютерної системи. Аналогічно до того, як SATA III потребує AHCI для взаємодії жорсткого диска чи SSD з комп’ютерною системою, накопичувачі на основі PCIe покладаються на контролер хоста під назвою Non-Volatile Memory Express (NVMe).
Чому ж тоді ми не говоримо про диски SATA III проти PCIe, або AHCI проти NVMe?
Причина досить проста. Накопичувачі на базі SATA завжди позначали як SATA, SATA II та SATA III, що є цілком логічним.
Коли виробники почали випускати накопичувачі PCIe, деякий час використовували термін “PCIe SSD”.
Проте, як пояснили у Western Digital, у цій галузі не існувало жодних стандартів, як у випадку з накопичувачами SATA. Натомість компанії використовували AHCI та створювали власні драйвери і мікропрограми для підтримки цих дисків.
Це створювало певний хаос, і до того ж AHCI вже не відповідав вимогам. Як нам пояснили в Kingston, користувачам було складніше використовувати диски, швидші за SATA, оскільки, крім підключення, потрібно було встановлювати спеціалізовані драйвери.
Згодом індустрія консолідувалася навколо стандарту NVMe, що замінив AHCI. Новий стандарт виявився значно кращим, тому стало доцільно використовувати термін NVMe. І далі, як то кажуть, історія.
NVMe був розроблений спеціально для сучасних твердотільних накопичувачів на базі PCIe. Диски NVMe можуть одночасно обробляти набагато більше команд, ніж механічні жорсткі диски SATA III або SSD. У поєднанні з меншою затримкою, це робить диски NVMe значно швидшими та чутливішими.
Який вигляд мають диски NVMe?
Сьогодні, якщо ви плануєте придбати накопичувач NVMe, вам знадобиться пристрій у форм-факторі M.2. M.2 визначає фізичний розмір та форму диска. Накопичувачі M.2 зазвичай мають ємність до 1 ТБ та є досить малими, щоб поміститися між великим та вказівним пальцями.
Диски M.2 підключаються до спеціальних слотів M.2 PCIe, що підтримують до чотирьох смуг передачі даних. Зазвичай такі диски використовують протокол NVMe, але існують також диски M.2, що працюють за допомогою SATA III – звертайте увагу на технічні характеристики.
M.2 на базі SATA III на сьогодні не дуже поширені, але їх можна знайти. Популярними прикладами є WD Blue 3D NAND та Samsung 860 Evo.
Чи потрібно відмовлятися від дисків SATA III?
Хоча NVMe є чудовою технологією, наразі немає причин повністю відмовлятися від дисків SATA III. Попри обмеження SATA III, він все ще є хорошим варіантом для додаткового зберігання даних.
Наприклад, для тих, хто збирає новий ПК, доцільно використовувати диск M.2 NVMe як завантажувальний диск та для зберігання часто використовуваних даних. Потім можна додати дешевші жорсткі диски або 2,5-дюймові SSD більшої ємності як додаткове сховище.
Бажано, щоб усі ваші диски використовували інтерфейс PCIe. Проте, на даний момент ємність дисків NVMe обмежена приблизно 2 ТБ. Більші ємності є дуже дорогими. Бюджетний диск M.2 NVMe ємністю 1 ТБ зазвичай коштує близько 100 доларів США (приблизно стільки ж коштують високопродуктивні жорсткі диски SATA III ємністю 2 ТБ).
Ціни, звісно, можуть змінитися зі збільшенням ємності дисків M.2. У Kingston зазначали, що на початку 2021 року слід очікувати дисків M.2 ємністю 4 та 8 ТБ.
Поки що поєднання M.2 з додатковими SSD та жорсткими дисками є оптимальним рішенням.
Аналогічна ситуація і з ноутбуками. Якщо ви купуєте новий ноутбук, бажано, щоб він мав флеш-пам’ять NVMe та додатковий відсік для 2,5-дюймового жорсткого диска SATA III або SSD.
Слід пам’ятати, що не всі диски NVMe однакові. Перед покупкою диска варто переглянути відгуки про нього.
Якщо у вас новий настільний ПК або ноутбук, швидше за все, він оснащений слотами M.2 з підтримкою NVMe. Оновлення ПК з використанням цих технологій – це вигідна інвестиція!