С другой стороны, 400 ГБ DC P3700 имеет вышеупомянутую конструкцию «жесткого диска». Следует отметить, что нам пришлось попотеть над его подключением. Пока что корзины и кабели, необходимые для подключения этих устройств к рынку, не являются чрезмерными.
Разные SSD: а есть ли разница? Страсти по NVMe
Неделю назад мы исследовали различные модели SSD, чтобы выяснить реальные различия между ними. А всего два дня спустя мы получили NVMe-версию Samsung SM951. В настоящее время это единственное решение, доступное рядовому пользователю в двух вариантах — AHCI и NVMe. Есть возможность увидеть практические преимущества нового протокола без теории и предположений.
Страницы материала
Оглавление
Я случайно получил NVMe-версию SamsungSM951 через два дня. Разумно? Да и нет одновременно.
SSD Samsung SM951 на данный момент является единственным решением, доступным для рядового пользователя (фактически обрекая на успех продукт для сборщиков компьютеров), и доступен в двух версиях — AHCI и NVMe. Аппаратная база точно такая же, а необходимые логические протоколы активируются в конце производства, когда микрокод записывается в устройство. Поэтому у меня была возможность получить оба этих SSD и убедиться в практических преимуществах нового протокола NVMe без каких-либо теорий и гипотез.
Маркетинговая теория: NVMe – шаг к светлому будущему
Для связи устройств в системе требуется не только физический интерфейс, но и логический интерфейс (программное обеспечение). С середины 1920-х годов для хранения данных использовалось сочетание физического SATA и логического AHCI, причем SATA постепенно развивался в течение первой, второй и третьей ревизий со значительным увеличением пропускной способности, а AHCI оставался практически неизменным с точки зрения производительности.. На данный момент интерфейс Advanced Host Controller Interface (AHCI) существует уже 12 лет и доминирует в отрасли.
Plextor M6e, Samsung XP941, Kingston HyperX Predator, Plextor M6eBlackEdition — все эти ранние твердотельные накопители M.2 PCIe (ранее называвшиеся NGFF) использовали протокол AHCI. Однако этот протокол — всего лишь плата за совместимость со старыми системами и не позволяет этим твердотельным накопителям полностью раскрыть свой потенциал. Однако это не означает, что альтернативы нет: протокол NVMExpress (или NVMe, или NVMHCI — non-volatile memory host controller interface) был представлен в 2011 году.
Даже из аббревиатур понятно, что протокол ориентирован на твердотельные устройства с энергонезависимой памятью и был разработан с учетом их особенностей. Он предназначен для снижения затрат на передачу данных, уменьшения задержки и повышения производительности многопоточной работы. Корпоративные клиенты могут воспользоваться преимуществами передовых систем обнаружения ошибок, управления и самошифрования.
| Параметр | AHCI | NVMe |
| Максимальная глубина очереди запросов | Одна очередь, до 32 команд в очереди | 65 536 очередей до 65 536 команд в каждой очереди |
| Некэшируемые доступы к регистрам (2 000 циклов каждый) | Шесть на команды вне очереди; девять на команды очереди | Два на команду |
| MSI-X и управление прерываниями | Одно прерывание, управление отсутствует | 2 048 прерываний, передаваемых сообщениями или MSI-X (Message Signaled Interrupt Extended) |
| Многопоточность и параллелизм | Требуется фиксация синхронизации для выдачи команды | Не требуется |
| Эффективность для команд 4 Кбайт | Параметры команды требуют два серийных запроса DRAM | Все параметры получаются в одном 64-байтном запросе |
Другими словами, перед нами высокоуровневое решение, и, зная цели и устремления стандартных потребительских компьютеров и характер связанных с ними рабочих нагрузок, мы видим, что NVMe обладает огромным набором функций, которые сегодня представляют больший интерес для бизнеса. Для использования в серверах, несмотря на среднего потребителя.
Но он есть: протокол NVMe в последние годы усиленно рекламируется маркетологами потребительского рынка. Одна проблема: NVMe существует уже давно, с момента своего дебюта, но инфраструктуры для этого протокола не так много.
В данном обзоре подробно рассматривается спецификация NVM Express. В нем объясняется, какие типы доступны и что означает новый стандарт бизнес-подключения.
Описание
Такие вопросы, как «Что такое NVME?». Возможно, вы задавали такие вопросы, как «Чем он отличается от стандартных твердотельных накопителей? Или «Каковы его преимущества, и нужно ли мне точно платить дополнительно?». Вы тоже бьетесь над этими вопросами и не знаете ответов? Не стоит беспокоиться, именно поэтому мы написали эту статью.
В этой статье вы найдете ответы на большинство вопросов, которые могут возникнуть у вас при выборе твердотельного накопителя. Кроме того, мы расскажем о различиях между SSD-дисками AHCI и SSD-дисками на основе новой формулировки NVME, а также о том, как понимать аббревиатуры в целом и как они работают на практике.
К сожалению, краткое объяснение всех некоторых предложений, т.е. почему NVME SSD лучше, или почему не стоит ждать и думать о покупке NVME SSD сейчас, не получается так просто. Для этого необходимо провести краткий обзор прошлого и понять причины, которые привели к появлению и интеграции на рынке SSD-накопителей спецификации NVME.
Краткий курс истории и появление NVMe спецификации.
Как уже упоминалось ранее, эту статью следует начать с краткого вмешательства в быстрый ход истории и выяснить, как зародилась и чему способствовала тенденция развития технологии хранения данных.
В то время как жесткие диски (HDD) продолжают использовать для регистрации и хранения информации металлические пластины, вращающиеся на оси, твердотельные диски (SSD) начинают использовать для хранения информации серию энергонезависимых чипов (флэш-память).
Необходимость развития и совершенствования технологий хранения и обработки данных, а точнее, переход на флэш-память, является естественным процессом развития параллельных компьютеров, описанных в законе Мура. В 2000-х годах развитие технологии жестких дисков стало оказывать давление на увеличивающуюся мощность зон памяти, диапазон компьютерных каналов, процессоры. В то время, при том диапазоне зон, который могли обеспечить магнитные жесткие диски, их межсоединения были перегружены и не позволяли выполнять команды или функции чтения/регистрации, которые могли бы высвободить весь потенциал процессоров и других комплектующих компьютера.
Технология твердотельного хранения данных была впервые разработана в 1978 году, но первый прототип был выпущен для первоначального использования только в 2007 году. Пользователи нового нетбука ASUS EEE PC 701 первыми приняли эту технологию. пользователи. В 2008 году были выпущены первые твердотельные накопители емкостью 128 ГБ.
С 2010 года технология SSD вездесуща на рынке, и пользовательские решения доступны каждому, хотя и по более высокой цене за ГБ/$.
Интерфейсы IDE (Integrated Drive Electronics) или PATA (Parallel ATA) доступны с момента появления механизма ATA (Advanced Technology Attachment), который включает в себя основную логику жесткого диска. Интерфейс IDE не претерпел существенных изменений или улучшений и в какой-то момент перестал просто обеспечивать необходимую пропускную способность и возможности 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, интерфейс SATA не переставал развиваться, и в 2008 году была выпущена новая ревизия интерфейса 3.0. Это текущий отчет, который используется во всех родительских карточках.
В следующем пересмотре интерфейса SATA в версии 3.2 была добавлена новая надстройка для интерфейса SATA -SATA Express, позволяющая подключать прямые передачи данных SATA. Кроме того, переход на SATA Express добавляет поддержку NVM Express (NVME), нового протокола доступа и управления твердотельными накопителями. NVME, в отличие от AHCI, имеет полный набор команд и спецификаций для полноценного режима SSD, возможность управлять до 65 000 (AHCI может обеспечить глубину в 32 приложения) IOPS, снимая ограничения, накладываемые логикой AHCI. Уменьшение задержек между режимами SSD и раундами команд.
Интерфейсы подключения NVMe (M.2) SSD дисков
На момент написания этих строк на рынке присутствуют SSD NVME с различными интерфейсами подключения, включая SATA III (более старый), PCI-E 2.0 X2, PCI-E 2.0 X4, PCI-E 3.0. X4, PCI -E 4.0 X4 (последняя версия). Неопытному пользователю трудно понять, что означают все эти аббревиатуры и что для него лучше. Поэтому мы постараемся ответить на эти вопросы как можно проще. Ниже приведена таблица теоретических скоростей, которых может достичь каждое из межсоединений.
| 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 видите, самым быстрым интерфейсом на данный момент является PCI-E 4.0 X4. Он обеспечивает значительную скорость чтения и регистрации, в то время как самым медленным является SATA III.
Очень важно понимать, что для получения максимальной производительности необходимо не только приобрести NVME SSD с максимально быстрым интерфейсом, но и материнскую плату, на которую этот диск будет установлен. (процессор). Это означает, что если вы купите быстрое и точное устройство PCI-E 4.0 X4, но купите родительскую карту (приобретенную), которая поддерживает только PCI-E 3.0 X4, устройство будет работать, но на этой скорости. Он значительно ограничен от этого соединения, и общая производительность значительно снижается по сравнению с тем, если бы родительская карта поддерживала этот интерфейс.
Архитектура сервера также изменится, чтобы адаптироваться к потребностям кластеров флэш-памяти NVME. Ожидается, что SATA и SCSI будут преодолены. По данным IDC, технология NVME быстро вытеснит SCSI.
В чём разница между SSD и NVMe дисками
Улучшенная архитектура
На высокопроизводительные твердотельные накопители NVME не распространяются ограничения пропускной способности SATA/SAS и AHCI, разработанные для традиционных жестких дисков. При использовании традиционных дисков головка должна легко перемещаться от одной части пластины к другой, чтобы прочитать/записать несколько файлов. Временное хранение и другие ухищрения покрывают эту проблему, но традиционные диски обрабатывают только один файл за раз.
В результате традиционный стандарт AHCI допускает только один хвост и максимум 32 команды на очередь. Эта генетическая особенность AHCI ухудшает производительность, поскольку твердотельные накопители не имеют таких ограничений (как и головки). NVME позволяет использовать до 65535 хвостов и до 65536 команд на очередь (согласно определению, фактическое использование требует соответствующего контроллера).
Кроме того, диски NVME позволяют выполнять 2048 праздников MSI-X, в то время как AHCI допускает только такие операции управления. NVME также менее требователен к системе: параметр команды 4K выполняется за одно чтение памяти, вместо двух чтений, требуемых AHCI. Более того, параллельные команды не требуют актуальных блокировок.
Повышенная производительность
Концепция протокола NVME направлена на использование преимуществ твердотельной флэш-памяти для достижения более высокой производительности.
На относительную производительность твердотельных устройств влияют многие факторы: тип флэш-памяти, контроллер и микропрограмма. Чтобы понять, как именно на этот фактор влияет NVM Express, следует сравнить такие измерения данных, как скорость записи и чтения, с использованием аналогичных моделей без NVM Express.
Например, проследите за непредвзятым сравнением WDS100T2B0B и WDS100T2X0C. Это относительно новые твердотельные накопители Western Digital, изготовленные с использованием той же технологии 3D TLC NAND.
Первый — это диск SATA/AHCI с непрерывным чтением/560 и 530 Мбайт/с соответственно. IOPS — функции ввода/вывода в секунду — составляют 95 000 для случайного чтения и 84 000 для записи.
Между тем, второй SSD находится на канале PCIE/NVME и имеет непрерывные показатели записи 3 400 и 2 800 МБ/с и аналогичные случайные параметры 500 000 и 400 000 IOPS.
Совместимость стандартов
Первые твердотельные накопители PCI Express использовали либо AHCI, либо собственные спецификации. В первом случае все недостатки случайного чтения/регистрации остаются. В последнем случае производительность устройства в значительной степени зависела от производителя или конкретной модели того же бренда.
Неофициальные стандарты этих подразделений приходилось обходить с помощью специальных водителей. В результате было сложно использовать диск в качестве загрузочного диска windows или Linux, если производитель не поддерживал эти операционные системы.
NVM Express устраняет эту проблему, предоставляя общий дисковый интерфейс с единой спецификацией драйверов.
Разнообразие форм-факторов
Как правило, традиционные жесткие диски выпускаются в типоразмерах 2,5″ или 3,5″, а SSD — в типоразмерах 2,5″ с разъемом mini-saata (MSATA).Диски NVME выпускаются в более разнообразных форм-факторах.
Наиболее типичный формат NVME, M.2, имеет ширину 22 мм и длину 30, 42, 80 или реже 110 мм. Поддерживает совместимость с SATA. Существует также формат NF1, вариант M.2, предназначенный для центров обработки данных, с поддержкой материального обеспечения.
Что дает применение NVMe
Появление в отрасли NVM Express обещает дать мощный импульс производительности баз данных. В 2015 году исследователи из Университета Южной Калифорнии и Калифорнийского государственного университета в Сан-Хосе, работая с компанией Samsung, обнаружили, что различия в архитектуре NVME в Linux 3.14 «снижают стоимость системного программного обеспечения в четыре раза».
Более того, они отметили, что при непосредственном сравнении устройств NVME и SATA первое «показывает в восемь раз большую производительность» в рабочих нагрузках баз данных. Аналогично, один диск NVME превзошел массив RAID0 из четырех SSD Sata «в пять раз».
Обработка графики или видео — для профессионального и специализированного использования преимущество уже среднее, поскольку оно основано на обычной скорости чтения/записи, а не на возможностях произвольного ввода/вывода. В этом случае, как и в случае с базами данных, восьмикратное увеличение эффективности нереально.
Для проверки вернемся к ранее приведенному примеру с устройствами WDS100T2B0B и WDS100T2X0C. Тесты показывают, что SSD-диски NVME обеспечивают в 6 раз большую скорость чтения и в 5,25 раз большую скорость записи по сравнению с соответствующими дисками SATA.
Где используются диски NVM Express
SSD NVME доступен в большинстве относительно современных компьютеров. Что касается пользователей Mac, то Apple поддерживает технологию NVME с 2015 года, когда этот тип дисков начал использоваться в MacBook Retina.
С 2016 года диски NVME доступны с сенсорной панелью на MacBook Pro. Контроллеры NVM Express поддерживаются большинством моделей IMAC Retina и всеми конфигурациями IMAC Pro с середины 2017 года.
Новые компьютерные платы часто имеют разъем M.2 для подключения SSD. В противном случае можно использовать адаптеры для подключения M.2 через каналы PCI Express. Некоторые производители предлагают их как часть пакета движения. Однако существуют и более дешевые универсальные устройства, совместимые с любым материалом.
