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

До своего дебюта твердотельные накопители M.2 были доступны в формате 2,5-дюймовых дисков, а 2,5-дюймовые жесткие диски предназначались в основном для ноутбуков. Они также использовали разъем SATA и связанную с ним пропускную способность — подробнее об этом позже.

Записки IT специалиста

В последние годы твердотельные накопители (SSD) стремительно совершенствовались, достигая таких рубежей производительности, которые еще недавно казались недостижимыми. С появлением PCI Express и NVMe твердотельные накопители больше не имеют ничего общего с SATA и представляют собой новое поколение устройств хранения данных, изначально рассчитанных на использование твердотельных накопителей. Однако до сих пор существует множество мифов и заблуждений, которые иногда мешают сделать правильный выбор. Поэтому сегодня мы постараемся отделить пшеницу от плевел и поговорим о том, что действительно важно при выборе такого накопителя.

Вы можете научиться настраивать MikroTik с нуля или систематизировать уже имеющиеся знания на углубленном курсе по управлению MikroTik. Автор курса, сертифицированный инструктор MikroTik Дмитрий Скоромнов, лично руководит лабораторными работами и следит за успехами каждого слушателя. В три раза больше информации, чем в программе MTCNA, более 20 часов практических занятий и пожизненный доступ.

Основная причина написания этой статьи — постоянный поток вопросов о покупке и работе NVMe-накопителей, начиная с того, какой диск выбрать для покупаемой системы, и заканчивая тем, что купленный диск не работает на заявленных скоростях.

На сегодняшний день все новые накопители являются устройствами NVMe, диски SATA продолжают выпускаться только для поддержания обратной совместимости и представлены почти исключительно бюджетными моделями, поскольку возможности этого интерфейса полностью исчерпаны.

Чтобы лучше понять, о чем пойдет речь дальше, прочитайте нашу статью Твердотельные накопители: что такое SLC, MLC, TLC, QLC, NVMe и другие аббревиатуры? Мы не будем углубляться в темы, затронутые в этой статье.

Основные понятия

Путаница вокруг твердотельных накопителей начинается с базовых понятий. Поэтому давайте сразу проясним этот вопрос. Мы рекомендуем вам внимательно ознакомиться со следующей информацией и не путать их.

• NVMe (NVM Express) — это протокол доступа для твердотельных накопителей, подключенных через PCI Express, который полностью основан на программном обеспечении и не требует аппаратной поддержки со стороны материнской платы. Он поддерживается всеми основными операционными системами.
• PCI Express — это высокопроизводительный, масштабируемый, двунаправленный последовательный интерфейс для подключения периферийных устройств. Соединение между двумя устройствами (контроллером и устройством) называется дорожкой. Каждое устройство должно поддерживать как минимум одну полосу PCIe, максимальное количество полос ограничено возможностями устройства или количеством полос, доступных на порту.
• M.2 (NGFF) — спецификация, определяющая конструкцию разъема и форм-фактор предназначенных для него карт расширения. Это не протокол или шина, разъемы M.2 используют существующие шины: PCIe, SATA, USB и т.д.

Поэтому, говоря о современных NVM-накопителях, важно знать, что это в первую очередь накопитель с разъемом шины PCI Express и поддержкой протокола NVM Express, для подключения к компьютеру такой накопитель может использовать разъем M.2.В таком порядке, поскольку форм-фактор M.2 не обязательно говорит о том, что это NVMe-накопитель, поскольку существует большое количество моделей SATA с таким разъемом. Аналогично, диски NVMe могут использовать другие разъемы для подключения к компьютеру, например разъем U.2.

Что нужно знать про шину PCI Express

Поскольку накопители NVMe подключаются к шине PCI Express, нам следует начать именно с нее. Первая спецификация шины PCI Express была представлена в 2002 году. Это означает, что нет никаких принципиальных препятствий для подключения NVMe-накопителей, даже к довольно старым устройствам, и что они даже работают. Однако следует отметить, что пропускная способность одной полосы варьируется между различными версиями PCIe. В настоящее время широко используется PCIe версии 3, а устройства с поддержкой версии 4 только выходят на рынок. В следующей таблице описана пропускная способность на полосу, на секунду и на четверть полосы для различных поколений PCIe.

Существующие модели накопителей NVMe поддерживают две или четыре полосы PCIe. Как видно, хотя пропускная способность каждой полосы PCIe почти удваивается с каждым поколением, только в третьем поколении она достигает значений, обеспечивающих явное преимущество перед SATA, даже при использовании дешевого двухполосного варианта.

Все текущие модели поддерживают PCIe третьего поколения, если не указано иное, а некоторые модели высокого класса поддерживают спецификацию 4.0, но для материнских плат все выглядит не так радужно. Поддержка PCIe 4.0 встречается только в топовых моделях, и даже в современных системах гораздо чаще используется шина второго поколения. Кроме того, нельзя говорить о PCI Express только в контексте материнской платы, обязательно нужно учитывать используемый процессор, как расположен на нем контроллер шины, а от этого будет зависеть количество доступных линий и их поколение.

Чтобы это было понятно, давайте рассмотрим несколько примеров. С Intel проще, потому что почти каждое поколение процессоров имеет свой собственный сокет, и разница невелика. Более того, процессоры последнего поколения имеют одинаковые конфигурации PCIe независимо от модели, например, все процессоры 10-го поколения от Celeron G до Core i9 имеют 16 дорожек PCIe 3.0 с возможными конфигурациями 1×16, 2×8, 1×8+2×4.

Как бы странно это ни звучало, но с бюджетными моделями все проще. Возьмем, к примеру, Gigabyte H410M S2H V3. Эта материнская плата имеет один слот M.2 M-key с интерфейсом PCIe Gen3 x4, а поскольку вы не можете установить ничего, кроме процессора 10-го поколения, у вас есть 4 полосы PCIe Gen 3 с пропускной способностью до 3,9 ГБ/с.

Возьмем более дорогую модель ASRock B460 Pro4, эта плата имеет два слота M.2, каждый из которых поддерживает PCIe до уровня Gen3 x4, а в один из слотов можно установить устройство SATA. Опять же, доступны только процессоры 10-го поколения, так что неприятных сюрпризов не будет.

А теперь еще более «продвинутая» плата ASRock B560 Pro4 с поддержкой процессоров 11-го поколения, а значит, PCIe 4.0 и до трех слотов M.2, похоже — вот удача. Красивая надпись на упаковке также убедит вас в том, что вы сделали правильный выбор и за каждый заплаченный рубль получаете наилучшие характеристики. Но суровая правда жизни заключается в гораздо более скучных вещах, называемых спецификациями, которые рисуют гораздо более неприятную картину.

Apple добавила совместимость в апреле 2015 года в версии 10.10.3 OS X Yosemite. Поддержка NVMe в Linux была реализована в марте 2012 года, начиная с ядра 3.3, а в дистрибутиве Chrome OS она доступна с февраля 2015 года.

Описание

Если вы рассматриваете возможность приобретения твердотельного накопителя, вы можете задаться вопросом: «Что такое NVMe и чем он отличается от обычного SSD?» или «В чем преимущества и за что именно я переплачиваю?». Вы тоже мучаетесь над этими вопросами и не знаете ответа? Не стоит беспокоиться, именно поэтому мы подготовили эту статью.

В этой статье вы найдете ответы на большинство вопросов, которые могут возникнуть у вас при выборе SSD-накопителя. Мы также объясним различия между SSD-накопителем AHCI и SSD-накопителем на основе новой спецификации NVMe и покажем вам, как понимать аббревиатуры и как все на самом деле работает.

К сожалению, не так просто объяснить все в нескольких предложениях, а именно, почему SSD со спецификацией NVMe лучше или почему вам не стоит ждать и рассмотреть возможность покупки SSD со спецификацией NVMe прямо сейчас. Для этого нам необходимо заглянуть в прошлое и понять причины, которые привели к появлению и закреплению на рынке спецификаций NVMe для твердотельных накопителей.

Краткий курс истории и появление NVMe спецификации.

Как мы уже говорили, эта статья начнется с краткого отступления в быстро развивающуюся историю и даст представление о том, как зародилась тенденция развития технологии хранения данных и что способствовало ее возникновению.

Если в жестких дисках (HDD) для записи и хранения информации по-прежнему используются металлические пластины, вращающиеся на шпинделе, то в твердотельных накопителях (SSD) для хранения информации стали использоваться энергонезависимые микросхемы (флэш-память).

Необходимость развития и совершенствования технологий хранения и обработки информации, а точнее переход к использованию флэш-памяти, является естественным процессом эволюции параллельных вычислений, описываемым законом Мура. В 2000-х годах развитие технологии жестких дисков стало отставать от постоянно растущей производительности процессоров, пропускной способности памяти и компьютерных шин. В то время пропускная способность, которую могли обеспечить магнитные жесткие диски и их межсоединения, была узким местом, не позволяющим последовательно выполнять инструкции, чтение и запись таким образом, чтобы полностью реализовать потенциал процессора и других компонентов компьютера.

Технология твердотельной памяти была впервые разработана в 1978 году, но первые прототипы были выпущены для использования только в 2007 году. Пользователи нового нетбука EEE PC 701 от ASUS стали первыми, кто воспользовался этой технологией. А в 2008 году был выпущен первый твердотельный накопитель емкостью 128 ГБ.

С 2010 года технология SSD стала повсеместной на рынке, и потребительские решения доступны каждому, хотя и по более высокой цене за ГБ/$.

С момента появления в 1986 году интерфейса IDE (Integrated Drive Electronics) или PATA (Parallel ATA) и механизма ATA (Advanced Technology Attachment), в котором заложена основная логика работы жестких дисков, технология оставалась неизменной. Интерфейс IDE не претерпел существенных изменений или улучшений и в какой-то момент просто перестал обеспечивать необходимую пропускную способность и возможность последовательного чтения/записи.

В 2003 году устаревший интерфейс IDE был заменен новым проприетарным интерфейсом последовательной передачи данных SATA (Serial ATA), который в своей первой версии обеспечивал непрерывную пропускную способность 150 МБайт/с. ~150 МБ/с, по сравнению с до 133 МБ/с при использовании IDE-соединения. Переход от IDE к SATA также представил новую логику интерфейса жесткого диска — AHCI (Advanced Host Controller Interface), которая позволяла полностью эмулировать ATA и не отличалась от управления параллельным интерфейсом с точки зрения операционной системы и драйверов, но могла обрабатывать более длинную очередь команд и запросов в секунду.

В отличие от IDE, интерфейс SATA не прекратил своего развития, и в 2008 году была выпущена новая версия интерфейса под номером 3.0, которая до сих пор является эталонной и используется во всех без исключения материнских платах.

Следующая ревизия интерфейса SATA под номером 3.2 добавила новую надстройку для интерфейса SATA — интерфейс SATA Express, что позволило перенести подключение непосредственно на шину PCI Express и снять ограничение в 6 Гбит/с для третьей ревизии скорости SATA. Кроме того, переход на SATA Express добавляет поддержку NVM Express (NVMe), нового протокола для доступа и управления твердотельными накопителями. В отличие от AHCI, NVMe имеет полный набор команд и спецификаций для полноценной работы SSD, а также возможность управлять до 65 000 IOPS (в то время как AHCI мог обеспечить глубину в 32 запроса), устраняя ограничения, которые логика AHCI накладывала на работу SSD, и уменьшая задержки между раундами команд.

Интерфейсы подключения NVMe (M.2) SSD дисков

На момент написания статьи на рынке представлено большое количество моделей твердотельных накопителей NVMe 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). Неподготовленному пользователю трудно понять, что означают все эти аббревиатуры и какая из них лучше. Поэтому мы постараемся ответить на эти вопросы как можно более простым языком. Ниже приведена таблица с теоретическими скоростями, которых может достичь каждый интерфейс:

Как видно из таблицы, самым быстрым интерфейсом в настоящее время является PCI-E 4.0 x4, поскольку он обеспечивает огромную скорость чтения и записи, а самым медленным — SATA III.

Очень важно понимать, что для достижения наилучшей производительности необходимо не только приобрести NVMe SSD с максимально быстрым интерфейсом, но и материнская плата, на которую устанавливается этот накопитель, должна поддерживать NVMe-накопители с этим интерфейсом (как и процессор). В конце концов, если вы купите быстрый дорогой диск PCI-E 4.0 x4, но ваша материнская плата (которую вы купили несколько лет назад) поддерживает только PCI-E 3.0 x4, диск будет работать, но его скорость будет сильно ограничена этим интерфейсом, а общая производительность будет значительно ниже, чем если бы ваша материнская плата поддерживала этот интерфейс.

Путаница вокруг твердотельных накопителей начинается с базовых понятий. Поэтому давайте сразу проясним этот вопрос. Мы рекомендуем вам внимательно ознакомиться со следующей информацией и не путать их.

Какие существуют типы SSD M.2 и разъемов

SSD M.2 имеет четыре спецификации: 2230, 2242, 2260, 2280, последняя из которых является наиболее распространенной. Две цифры типа указывают на ширину и длину диска. Как видите, с шириной ошибиться невозможно.

Если вы нашли слот на материнской плате и выяснили, какой SSD-накопитель он поддерживает, необходимо выяснить тип слота.

Диски M.2 работают как в режиме SATA, так и в режиме PCI Express. В слотах есть кнопки M и B.

Если ваш диск работает в режиме SATA, он поддерживает кнопки M и B.

Накопитель NVMe, работающий в режиме интерфейса PCIe, имеет только кнопку M.

На скриншоте ниже видно, что твердотельный накопитель SATA можно вставить практически в любой слот, но M.2 NVMe нельзя установить в слот с кнопкой «B».

Отличие накопителей NVMe и M2

Здесь нечего различать или сравнивать, поскольку M2 — это SSD-накопитель форм-фактора. M.2 может быть подключен либо к интерфейсу SATA, либо к интерфейсу PCI Express (тип NVMe).

Единственное различие между этими картами — поддерживаемые ключи, которые накопитель использует для подключения к интерфейсу. Следует также отметить, что 2,5-дюймовые твердотельные накопители SATA M.2 практически идентичны по производительности, поскольку работают по шине SATA. Модули NVMe — работают с интерфейсом PCIe, который намного быстрее шины SATA.

История накопителей и их совместимость

Высокоскоростные модули памяти появились в марте 2011 года, а их разработка велась с 2009 года. Тем временем существует несколько версий спецификаций NVMe:

1. NVMe 1.1b и NVMe 1.2 были представлены в 2014 году.
2. С 2015 года — NVMe 1.2a. В 2015 году были представлены NVMe 1.1.1b, NVMe 1.1b и NVMe 1.2b.
3. В 2018 году — NVMe 1.3c.

Помимо форм-факторов M2, были и другие:

• U.2 (SFF-8639) — 2,5-дюймовые диски, предназначенные в основном для серверов. Они поддерживают горячую замену, интерфейсы SATA и SAS.
• M.2 (NGFF) — компактный форм-фактор, предназначенный в основном для ноутбуков, а также для настольных компьютеров. Может быть установлен в слот материнской платы или непосредственно в слот PCIe через адаптер.
• Intel Ruler SSD (EDSFF) — используется в основном в серверах и поддерживает горячую замену. Анонсирована компанией в 2017 году.
• Samsung NGSFF — еще один форм-фактор для серверных дисков. Он используется в качестве альтернативы 2 дискам.

Говоря о совместимости, следует отметить один важный момент. Производители материнских плат, например, могут включать слот M2, который поддерживает клавишу «M». Конечно, можно использовать любой диск.

Однако может оказаться, что ваша материнская плата поддерживает только режим SATA или NVMe. Об этом следует помнить и при покупке дисков нового поколения.

Необходимо зайти в BIOS компьютера и найти настройку формата диска SATA или NVMe. Общепринятое название этой настройки — «конфигурация M.2». Если вы откроете эту опцию и режимы SATA и PCIE будут присутствовать, устройство будет работать со всеми дисками, отформатированными в формате M2.

Как выбрать NVMe накопитель и нужно ли

На данный момент впереди жесткие диски. Да, они медленные, но многие из них имеют объем данных более 500 ГБ, а это значит, что для хранения данных достаточно обычного жесткого диска объемом несколько ТБ.

Если говорить о NVMe, то это накопители, которые примерно в 2-3 раза быстрее обычных SSD, но даже SSD могут позволить себе не все. Что можно сказать о сверхбыстрых дисках? В любом случае, цены как на SSD, так и на NVMe-накопители постепенно снижаются. Выбор привода зависит от его использования. В целом, можно выделить Samsung, Intel, ADATA, Kingston и другие серии.

Давайте посмотрим на результаты онлайн-поиска через Google и узнаем, какие цены предлагаются на эти диски.

SAMSUNG 970 EVO MZ-V7E250BW 250GB

Основные технические характеристики можно найти в Интернете. Максимальная скорость чтения диска составляет 3400 МБ/с, а скорость записи — 1500 МБ/с. Впечатляет, не правда ли? Объем накопителя составляет 250 ГБ, а его стоимость — 5560 рублей. В принципе, вы можете позволить себе это для системы.

INTEL Optane 900P SSDPED1D480GASX 480Gb

Этот накопитель емкостью 480 ГБ уже помещается в слот PCIe. Скорость чтения и записи составляет 2500/2000 Мб/с. Цена за все эти товары составляет 41000 рублей. Обычному пользователю, работающему на компьютере дома, такой накопитель, скорее всего, не понадобится. Если только у вас нет собственного мини-сервера.

GIGABYTE PCl Express 512GB PCI Express 3.0

Теперь это диск емкостью 512 ГБ с более высокой скоростью чтения и записи. Самое приятное, однако, то, что он намного дешевле своего предшественника. Всего за 10900 вы можете купить эту красоту.

В интернет-магазинах можно найти различные варианты накопителя по разным ценам. Есть варианты на 128 Гб и 120 Гб по цене от 2 000 и выше. Ищите лучшие варианты для ваших нужд, внимательно изучайте технические характеристики, постарайтесь найти обзоры, чтобы проверить реальную производительность накопителя, или протестируйте его самостоятельно.

Теперь вы знаете, что такое твердотельные накопители NVMe и для чего они нужны.

Стоит также помнить, что, согласно исследованиям, такие диски отличаются повышенным тепловыделением, что связано с более высоким энергопотреблением. Эти два фактора также делают NVMe менее привлекательным для установки в серверах.

Преимущества и недостатки SSD NVMe

Рассматриваемая спецификация имеет неоспоримые преимущества, но, как и любая другая технология, она не лишена недостатков. Для более подробного обзора всех аспектов этой темы см. таблицу:

Сравнение NVMe c SATA, SDD и SAS

Среди твердотельных встроенных накопителей наиболее распространены устройства SATA. Они используются в большинстве портативных устройств, ноутбуков и планшетов.

Жесткие диски SAS являются наиболее распространенными для серверов. Они дороже, чем SATA, но обеспечивают более высокую производительность благодаря параллельной работе на базе SCSI.

Основное отличие обоих носителей от NVMe заключается в том, что они подключаются к материнской плате через промежуточный стек SAS/AHCI. Конечно, посредник снижает скорость передачи данных.

NVMe подключается через разъем PCI Express. Он может поддерживать до 4 каналов одновременной передачи данных. Каждый из них достигает 984,6 МБ/с. Другими словами, общая пропускная способность составляет 3,94 ГБ/с. При использовании SATA этот показатель составляет всего 768 МБ/с.

NVMe в IaaS

При использовании NVMe для хранения данных на персональных устройствах невозможно реализовать все преимущества высокоскоростной передачи данных. Анекдотические данные свидетельствуют о том, что наибольшая польза от использования систем хранения с интерфейсом PCI Express проявляется во время пиковых нагрузок. Только на больших серверах, которые предоставляют свои ресурсы клиентам в качестве услуги (IaaS).

Твердотельные накопители NVMe повышают производительность системы. Благодаря увеличению количества одновременных каналов передачи данных снижается вероятность возникновения узких мест на сервере. Повышена безопасность от DDoS-атак.

Здесь нечего различать или сравнивать, поскольку M2 — это SSD-накопитель форм-фактора. M.2 может быть подключен либо к интерфейсу SATA, либо к интерфейсу PCI Express (тип NVMe).

Оглавление

Так получилось, что версия Samsung SM951 NVMe оказалась у меня в руках всего через два дня. Да и нет одновременно.

SSD SM951 от Samsung на данный момент является единственным доступным для рядового пользователя решением (де-факто, де-юре продукт для компьютерной механики), которое поставляется в двух вариантах, AHCI и NVMe, с абсолютно идентичной аппаратной базой, а необходимый логический протокол интегрирован на финальной стадии производства при записи микрокода на накопитель. Таким образом, у меня были оба SSD и была возможность увидеть практические преимущества нового протокола NVMe без теорий и предположений.

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 2020-х годов для хранения данных используется комбинация физического SATA и логического AHCI. В то время как SATA прогрессивно развивался с первой, второй и третьей ревизиями и демонстрировал значительный прирост пропускной способности, AHCI оставался практически неизменным с точки зрения производительности. На данный момент интерфейс AHCI (Advanced Host Controller Interface) существует уже 12 лет и доминирует в отрасли.

Plextor M6e, Samsung XP941, Kingston HyperX Predator, Plextor M6e Black Edition — все эти ранние твердотельные накопители PCIe в форм-факторе M.2 (ранее известные как NGFF) использовали протокол AHCI. Но этот протокол — лишь плата за совместимость со старыми системами и не может полностью реализовать потенциал этих SSD. Но это не значит, что альтернативы нет. Есть — в 2011 году был представлен протокол NVM Express (также известный как NVMe, NVMHCI — Non-Volatile Memory Host Controller Interface).

Само определение аббревиатуры дает понять, что этот протокол предназначен специально для твердотельных накопителей с энергонезависимой памятью и был разработан с учетом особенностей SSD. При разработке основное внимание уделялось снижению накладных расходов данных, уменьшению задержек и повышению производительности многопоточной обработки. Ваши корпоративные клиенты смогут воспользоваться преимуществами расширенных функций обнаружения ошибок, управления и самошифрования.

Другими словами, здесь мы имеем дело с решением высокого класса, и если вы знаете цели и устремления обычных потребительских компьютеров и характер рабочих нагрузок, вы можете увидеть, что NVMe обладает огромным потенциалом, который в настоящее время больше интересует корпоративный класс для использования в серверах, чем обычных потребителей.

Но что есть, то есть: протокол NVMe в последние годы активно продвигается производителями на потребительский рынок. Одна проблема: хотя NVMe существует уже давно, с момента своего дебюта, инфраструктура для этого протокола не очень хорошо развита.

Суровая действительность: NVMe – много головной боли

Даже сегодня лишь небольшой процент домашних компьютеров полностью совместим с NVMe. Остальные варьируются от определенных ограничений до полной несовместимости. И речь идет не об очень старых «печатных машинках» на базе Intel Celeron Socket 478, например, а о вполне современных системах.

Наиболее сложная ситуация складывается с AMD. Даже материнские платы на базе современных сокетов FM2+ и AM3+ не всегда могут идеально работать с NVMe SSD. Фактически, полная поддержка реализована только для нескольких материнских плат нового поколения, которые изначально имеют слоты M.2 (таких как ASRock Fatal1ty 990FX Killer, ASRock A88M-G/3.1, ASUS 970 PRO Gaming/Aura (оценка которой еще не завершена) или Gigabyte GA-990FX-Gaming). Однако наличие M.2 не является обязательной внешней особенностью: загрузка с NVMe SSD возможна на материнской плате MSI AMD 990FXA Gaming, которая не имеет слота M.2.

И есть небольшое количество моделей, поддержка которых появилась гораздо позже, чем во время их выпуска. Например, я знаю только две такие материнские платы: ASUS Sabertooth 990FX R2.0 (которой я владею), которая получила поддержку NVMe два месяца назад с BIOS версии 2901, и ASUS A88X-PRO (начиная с BIOS версии 1803 в марте прошлого года, если я не ошибаюсь). Мне неизвестны другие подтвержденные случаи успешной загрузки NVMe PCIe SSD на платформах AMD, и проблема усугубляется необходимостью наличия OpROM. Отсутствие отчетов объясняется тем, что такие SSD обычно покупают для систем Intel; однако слот AM3+ предлагает только PCI-E 2.0, а у меня самого такие материнские платы на тестировании бывают редко — эта платформа устарела.

Платформа Intel немного проще, хотя и здесь царит хаос: Протокол NVMe поддерживается почти всеми материнскими платами LGA1151 и LGA2011v3, значительным количеством материнских плат с чипсетами Intel Z97/H97 и некоторыми с Intel Z87. С более старыми моделями Intel X79, Intel Z77 и т.д. материнские платы, все становится еще более сложным и запутанным. Но даже с новыми моделями материнских плат нужно быть осторожным. Например, материнская плата EVGA X99 Micro (не путать с EVGA X99 Micro2), как сообщается, не может загружаться с NVMe SSD.

Небольшая ремарка. Samsung SM951 в версии с протоколом AHCI отнюдь не является универсальным и полностью совместимым с всеми материнскими платами со слотами PCI-Express, в которые можно установить переходник M.2>PCIe. Есть еще один фактор: микрокод контроллера Samsung SM951 (обе версии) не имеет модуля OpROM (как у его предшественника, Samsung XP941), поэтому материнская плата должна быть способна загружаться только с PCIe SSD. OpROM присутствует на Samsung 950 Pro, а также (по крайней мере, на момент тестирования) на старых моделях Plextor M6e, Plextor M6e Black Edition и Kingston HyperX Predator. У меня пока нет никакой информации о Plextor M8e, Patriot Hellfire, ADATA XPG SX8000 и различных других SSD. Проблема поддержки NVMe в некоторых системах может быть решена нестандартным способом. Существует три требования, которым должна соответствовать материнская плата: Она должна иметь UEFI BIOS (помните, некоторые материнские платы Gigabyte на базе Intel P67/Z68 изначально выпускались с AWARD BIOS, а затем были обновлены до UEFI BIOS), она должна загружаться с SSD без OpROM (если выбранный SSD имеет таковой), а владелец материнской платы должен иметь «правильные версии brain.dll и hands.dll». Точнее, уметь перестроить BIOS с помощью общедоступной команды, добавить необходимый накопитель NVMe, а затем записать полученный микрокод во флеш-память материнской платы. Даже Intel P67 может быть «инстанцирован» с поддержкой NVMe таким образом.

С помощью твердотельного накопителя NVMe, особенно быстрого, можно уменьшить снижение производительности, вызванное использованием быстрого кэша в любом приложении (своего рода расширение оперативной памяти).

Насколько быстры M.2 и NVMe SSD

Насколько быстр M.2 SATA SSD

Твердотельный накопитель M.2 SATA работает так же быстро, как и обычный твердотельный накопитель SATA, то есть максимальная скорость последовательного чтения и записи составляет около 550 МБ/с, плюс-минус несколько десятков МБ/с в каждом направлении.

Конечно, существуют и более медленные модели SSD, а некоторые производственные процессы могут даже привести к более низкой, чем обычно, скорости для определенных рабочих нагрузок.

Общий предел диапазона ~550 МБ/с обеспечивается стандартом SATA-3, который был разработан для жестких дисков.

Жесткие диски работают с вращающимися дисками, поэтому их скорость ограничена оборотами в минуту. Хотя существуют достаточно быстрые жесткие диски, большинство твердотельных накопителей начального уровня превосходят их по чистой скорости.

Ограничения стандарта хранения данных SATA — именно поэтому производители SSD выпустили более быстрый стандарт NVMe.

Насколько быстр M.2 NVMe SSD

Ответ зависит от конкретной модели NVMe SSD, причем в большей степени, чем в случае с SATA SSD.

NVMe напрямую использует пропускную способность PCI Express и пропускную способность ПК — ту часть, которая зарезервирована для высокоскоростных карт расширения. Это делает возможной скорость в один гигабайт в секунду и более.

Чем больше поколений материнских плат и твердотельных накопителей NVMe (текущие стандарты — Gen 3 и Gen 4), тем более высокие скорости также поддерживаются.

Но даже в рамках одного поколения PCIe/NVMe разница в производительности еще больше.

Низкий уровень PCIe Gen 3 по-прежнему начинается с 1 ГБ/с для чтения и записи, а высокий уровень достигает 1 ГБ/с для чтения и записи. ~3,5 ГБ/с.

Низкий уровень PCIe Gen 4 начинается с высокого уровня Gen 3, а высокий уровень Gen 4 достигает 7 ГБ/с при последовательном чтении и записи.

По сравнению со скоростью твердотельных накопителей SATA и особенно жестких дисков SATA, новейшие твердотельные накопители NVMe добились значительных успехов в скорости чтения и записи.

Но как эти астрономически высокие цифры влияют на реальную производительность?

Как NVMe SSD повышает производительность?

Твердотельные накопители NVMe повышают производительность в большинстве случаев. Время запуска всех приложений значительно сокращается благодаря наличию такого твердотельного накопителя.

Однако твердотельные накопители NVMe не так сильно влияют на время загрузки, как первоначальный переход с HDD на SATA SSD.

Хотя скорость MB/s часто растет экспоненциально, есть и другие факторы, влияющие на время загрузки. (Например, у вас также могут быть узкие места в процессоре или оперативной памяти).

Поскольку такие высокие скорости применяются только для последовательного чтения и записи, загрузка приложений или операционных систем происходит значительно медленнее. При последовательном чтении и записи твердотельный накопитель NVMe PCIe 4 M. 2 может достичь 12-кратного ускорения по сравнению с твердотельным накопителем SATA, но при загрузке тысяч небольших файлов, случайно разбросанных по памяти, производительность увеличивается не так значительно. Твердотельные накопители NVMe лишь в 2-3 раза быстрее твердотельных накопителей SATA при случайных нагрузках чтения/записи.

Причины по-прежнему использовать M.2 SATA SSD

Производительность сопоставима с NVMe во многих сценариях

Твердотельные накопители M.2 SATA имеют более низкую частоту, чем твердотельные накопители NVMe, но могут обеспечить схожую производительность в различных сценариях.

Например, игровые тесты отражают более низкую производительность более высоких уровней производительности SSD в большей степени, чем это обычно делают соответствующие значения МБ/с или ГБ/с.

Это не означает, что накопители NVMe не имеют своих преимуществ — они подробно обсуждались выше, — но игры и приложения должны быть спроектированы так, чтобы использовать их должным образом.

Это не отличается от любого другого программного обеспечения, которое в большей степени зависит от CPU или GPU.

Конкурентоспособные цены

Поскольку диски M.2 на базе SATA все еще технически проще, они, как правило, намного дешевле своих аналогов NVMe.

Это делает их конкурентоспособными как с более дешевым, так и с более дорогим оборудованием для хранения данных, а некоторые из них используются в качестве вторичного, а не основного хранилища.

Сам я использую смешанную конфигурацию из NVMe M.2 и 2,5-дюймового SATA SSD.

Все мои крупные игры и видеофайлы хранятся на NVMe-накопителе, чтобы максимально увеличить скорость, а операционная система и программы могут работать на SATA SSD с минимальными задержками.

Мой компьютер по-прежнему загружается и обновляется за считанные секунды.

Вопросы и ответы о технологии SSD

Существуют ли какие-либо рабочие нагрузки, требующие NVMe SSD?

Для каких рабочих нагрузок требуются активные твердотельные накопители NVMe?

Как упоминалось ранее, твердотельные накопители NVMe вступают в свои права, когда вам необходимо регулярно извлекать и управлять десятками гигабайт памяти. Такие вещи, как производительность 3D, сжатие файлов и видео, выигрывают у твердотельных накопителей NVMe по сравнению с твердотельными накопителями SATA.

Однако, за исключением нескольких видеоигр, использование NVMe SSD не является необходимым.

На момент написания статьи основным примером, который приходит на ум, является Ratchet and Clank: Rift Apart для PlayStation 5, но, как пишет Digital Foundry, даже эта игра не использует все преимущества минимального стандарта PCIe 4.0.

В конце концов, большинство рабочих нагрузок сегодня не нуждаются в NVMe.

Каковы лучшие NVMe SSD?

Если вам нужен твердотельный накопитель NVMe, с чего лучше всего начать?

Помимо общих рекомендаций по поиску SSD с нужными вам характеристиками для вашей материнской платы, ноутбука или консоли, вы должны искать хороший баланс между ценой и производительностью.

Думаю, у меня есть неплохой выбор NVMe SSD на рынке — я точно буду обновляться.

Сколько M.2 SSD вы можно подключить?

Вы можете иметь столько твердотельных накопителей M.2, сколько имеется слотов M.2; однако слоты SATA M.2 и NVMe M.2 несовместимы.

Даже если в вашей системе есть оба накопителя, следует избегать определенных конфигураций RAID, которые могут замедлить работу более быстрого NVMe-накопителя.