Korzyści związane z technologią NVMe

Technologia NVMe zapewnia wyjątkowe możliwości magazynowania danych, prędkości ich przetwarzania oraz kompatybilność. Jako że technologia NVMe wykorzystuje gniazda PCIe, potrafi przenosić 25x więcej danych niż jej odpowiednik: SATA. Oprócz tego polecenia NVMe są przetwarzane 2x szybciej niż w przypadku technologii AHCI. Co więcej, operacje wejścia/wyjścia na sekundę (IOPS) wykonywane przy wykorzystaniu sterowników NVMe przekraczają 1 mln, co daje nawet 900% wzrost szybkości w porównaniu do dysków z protokołem AHCI. Technologia NVMe również komunikuje się bezpośrednio z procesorem systemu, zapewniając mu niezwykłe prędkości z uwagi na kompatybilność. Niezależnie od ich formatu dyski oparte na technologii NVMe współpracują ze wszystkimi głównymi systemami operacyjnymi.


Nvm Express LogoNVME LogoNVMe (Non-Volatile Memory Express) jest interfejsem komunikacyjnym i sterownikiem, który wykorzystuje zwiększony transfer danych standardu PCIe. Jego zadaniem jest poprawa wydajności operacji, a jednocześnie zapewnienie interoperacyjności dla szeregu systemów klienckich i tych powszechnych w przedsiębiorstwach.NVMe umożliwia komunikację pomiędzy interfejsem urządzenia przechowującego dane (dysku SSD) i procesorem systemu z wykorzystaniem gniazd PCIe, niezależnie od formatu tego urządzenia.


Protokół NVMe wykorzystuje równoległe ścieżki danych o niskim opóźnieniu prowadzące do takich komponentów, jak architektury procesorów o wysokiej wydajności. Zapewnia to znaczący wzrost wydajności i skrócenie opóźnień w porównaniu do protokół SAS czy SATA. Technologia NVMe potrafi obsługiwać wiele kolejek wejścia/wyjścia, z których każda obejmuje do 64 tys. poleceń. Zadania wejścia/wyjścia rozpoczynają się szybciej, umożliwiają przenoszenie większej ilości danych i kończą się szybciej niż w przypadku starszych modeli pamięci masowej wykorzystujących starsze sterowniki, takie jak AHCI (Advanced Host Controller Interface). Jako że technologia NVMejest przeznaczona konkretnie dla dysków SSD, wkrótce stanie się nowym standardem w branży.




Dyski SSD: kiedyś i teraz

Nvm Express Table

Magistrale danych przenoszą dane w ramach systemu, a gdy pojawiły się pierwsze dyski SSD w technologii NAND, było jasne, że branża potrzebuje nowych magistrali i protokołu.


  • Pierwsze dyski SSD były stosunkowo wolne, dlatego wykorzystanie istniejącej infrastruktury SATA było wygodne. Pomimo że magistrala SATA uzyskała ostatecznie transfer na poziomie 16 Gb/s, niemal wszystkie implementacje komercyjne magistrali SATA cechują się prędkością 6 Gb/s.
  • Łączny transfer magistrali PCIe 3.0 wynosi 16 Gb/s, zaś w przypadku PCIe 4.0 wartość ta jest podwojona. Zapewnia maksymalnie 16 linii i może transferować dane z maks. prędkością 32 000 MB/s - w przypadku SATA III jest to maksymalnie 600 MB/s.

Decyzja o wykorzystaniu istniejącej technologii magistrali o wyższej przepustowości spowodowała zastąpienie protokołów SATA technologią PCIe. Technologia PCIe pojawiła się na kilka lat przed NVMe, ale jako że starsze protokoły transferu danych, takie jak SATA czy AHCI, stanowiły wąskie gardło dla poprzednich rozwiązań, dopiero w ostatnich latach udało się wykorzystać cały jej potencjał. NVMe było rozwiązaniem na wąskie gardła i pozwoliło wyeliminować ograniczenia, zapewniając obsługę poleceń z niskim opóźnieniem i kolejki 64 tys. Wielość kolejek pozwala szybciej transferować dane, ponieważ dane na dysku SSD są zapisane w sposób rozproszony, z wykorzystaniem układów scalonych i bloków, w przeciwieństwie do zapisu na wirujących talerzach, jak w przypadku dysków twardych.




Sterowniki komunikacyjne: AHCI a NVMe

Sterowniki komunikacyjne wykorzystywane przez systemy operacyjne do wymiany danych z urządzeniami magazynującymi. Sterowniki NVMe są szybsze niż od sterowników AHCI, powszechnie stosowanych w interfejsach SATA.


  • Technologia NVMe jest przeznaczona dla dysków SSD z technologią flash, co czyni ją szybszą od sterowników AHCI skierowanych do zwykłych dysków twardych z technologią wirujących talerzy.
  • NVMe dysponuje 64 tys. kolejek poleceń oraz może wysyłać 64 tys. poleceń na kolejkę, zaś technologia AHCI obsługuje tylko jedną kolejkę poleceń i wysyła 32 polecenia na kolejkę.
  • W przypadku sterowników AHCI polecenia wykorzystują cykle procesora cechujące się opóźnieniem 6 mikrosekund, zaś polecenia sterownika NVMe wykorzystują cykle procesora o niskim opóźnieniu, rzędu 2,8 mikrosekundy.

Sterownik NVMe komunikuje się bezpośrednio z procesorem systemu, zaś sterownik AHCI musi komunikować się z kontrolerem SATA. AHCI potrafi przetwarzać maksymalnie 100 tys. operacji wejścia/wyjścia na sekundę (ang. IOPS, Input/Output Operations Per Second), natomiast w przypadku technologii NVMe jest to ponad 1 mln takich operacji. Wartość IOPS jest miarą powszechnie stosowaną do oceny wydajności dysków komputerowych.


Ktc Content Nvme General Communication Drivers Graph Pl 2