Що таке NVMe SSD

Вже протягом майже 15 років ми підключаємо накопичувачі до ПК через SATA — невеликий універсальний 7-контактний роз’єм, який є і в ноутбуках, і в десктопних комп’ютерах. Перша ревізія, SATA 1, з’явилася в 2003 році і забезпечувала швидкості до 150 МБ/с — більш ніж вистачало для підключення жорстких дисків (та й зараз вистачає), про SSD тоді ніхто ще не чув.

У середині нульових стали з’являтися перші користувальницькі SSD. Вони були дорогими і малоемкими (16-64 ГБ), але вже мали швидкості вище 150 МБ/с, так що з’явилася друга ревізія SATA, яка могла працювати зі швидкістю до 300 МБ/с. Однак і цього незабаром стало мало, і в 2008 році з’явилася третя ревізія SATA зі швидкостями вже до 600 МБ/с. При цьому ми живемо в той час, коли продуктивність навіть найдешевших SSD впирається вже не на швидкість чіпів, а пропускну здатність інтерфейсу: майже всі сучасні SSD мають швидкість читання понад 500 МБ/с, тобто проблема вже в самому інтерфейсі. І останнім часом все більше число SSD стали виходити з підтримкою протоколу NVMe, який поки ще не стримує швидкості навіть кращих SSD — а вони становлять до 3 ГБ/с!

Історія появи NVMe

Ідея підключення SSD через шину PCI Express з’явилася і до NVMe, але проблема була в тому, що це були закриті протоколи — а вони часто мали недоліки, які призводили до втрати швидкості. До того ж ціна таких рішень була надзвичайною, і багато хто не розуміли, навіщо за них переплачувати, якщо і звичайних жорстких дисків вистачало з лишком. Але у великих корпораціях розуміли, що за SSD — майбутнє, і ось, в 2007 році, за підтримки Intel був представлений новий інтерфейс — NVMCHI (Non-Volatile Memory Host Controller Interface). Його доопрацюванням займалися цілих 4 роки, і перша версія NVMe вийшла тільки в 2011 році, проте серйозного поширення не отримала: по-перше, тоді SSD все ще були долею або MacBook, або 2.5 ультрабуків, або топових ігрових комп’ютерів. Більшість користувачів сиділи на Windows 7 з жорсткими дисками і раділи життю — то є SSD були в принципі не потрібні, і головне — вкрай дороги. По-друге, навіть ту невелику кількість користувальницьких моделей SSD мало швидкості відчутно менше 600 МБ/с, тобто NVMe з його кількома гігабайти в секунду був не потрібен. І по-третє — у інтерфейсу було безліч дитячих хвороб: так, не можна було оновити прошивку такого SSD з нього самого, не було розширеного керування живленням, були проблеми при підключенні відразу декількох таких SSD. Зрозуміло, все це було виправлено в нових ревізіях, і NVMe 1.2 від 2014 року був вже цілком працездатний. Плюс до того часу вже були SSD, яким 600 МБ/с було замало, так що новий інтерфейс став досить активно розвиватися.

Технічні характеристики та відміну від AHCI

SATA був лише фізичним інтерфейсом, за логічну частину відповідав AHCI (Advanced Host Controller Interface), який з’явився разом з SATA 1 у 2003 році, так і не змінювався. Розроблявся він для жорстких дисків, і тому з SSD працював не дуже добре — на одному каналі (а на одне SATA-пристрій і був один канал) могла виконуватися лише одна команда. У випадку з жорсткими дисками проблем не було — головка диска в один момент часу фізично могла отримати доступ до одній клітинці. Але ось з SSD це не так, і тому така робота викликала суттєві простої.

NVMe ж спочатку розроблявся для саме для твердотільних накопичувачів, і тут робився наголос на найменші затримки і на паралельний доступ.

Як видно, NVMe краще у всьому — до 64К черг. Так само є можливість управління перериваннями, тобто при настанні пріоритетного завдання NVMe SSD почне її виконувати швидше. Також серйозно нижче затримка при виконанні команд: у випадку з AHCI це 2 запиту DRAM, тобто навіть з DDR4 це близько 100-150 нс — менше час відповіді SATA SSD бути не може. У випадку ж з NVMe запит тільки один, що дозволяє зменшити затримки вдвічі. Ну і найголовніше — швидкості: NVMe SSD підключаються через PCI Express 3.0 x4, що в теорії забезпечує швидкість до 3.2 ГБ/с — до 5 разів швидше, ніж SATA SSD.

Форм-фактори NVMe SSD

Традиційно ці SSD підключаються як плати розширення PCI Express — тобто використовуються ті ж слоти, що і для відеокарт. Однак такий тип підключення все більше сходить нанівець: по-перше, все більше користувачів переходить на ноутбуки, де повноцінного PCIe бути не може. По-друге, на ринку все більше компактних материнських плат, де слотів PCIe або 1, або 2, але з-за товстих відеокарт другий часто буває перекритий, а перший майже завжди зайнятий відеокартою:
Другий форм-фактор це U. 2. Звичайному користувачеві він мало цікавий, бо використовується на серверах, має можливість «гарячої» заміни і менші (в порівнянні з платами розширення PCIe) розміри:
Ну і самий компактний і найбільш розвивається форм-фактор це M. 2 — його активно використовують в ноутбуках, а починаючи з 100ой лінійки чіпсетів від Intel він почав з’являтися вже і на материнських платах. Проте потрібно бути обережним: в цьому форм-факторі є і SATA SSD, і як їх відрізнити — можна почитати в цій статті:
Доцільність покупки NVMe SSD.

На даний момент ціни на NVMe SSD досить сильно впали, і вже близькі до цін на звичайні SSD. Тому, зрозуміло, виникає питання — а чи є сенс їх брати? Для того, щоб відповісти на це питання, потрібно подивитися на встановлений у вашому пристрої «залізо»:

• На пристрої немає M. 2 слотів або вони підтримують тільки SATA. Якщо у вас ноутбук — то нічого зробити не можна, користуйтеся SATA. І, взагалі кажучи, якщо виробник не став робити M. 2 слот, то це банально не потрібно — все упреться в продуктивність процесора, і виграш від швидкого SSD не відчувався. Якщо ж у вас ПК, і є вільний слот PCIe — все вже залежить від вас: якщо у вас стоїть потужний процесор Core i5, i7), материнська плата підтримує NMVe, і ви часто працюєте з масивами даних — варто задуматися про покупку NVMe SSD, він може серйозно прискорити роботу. Ну а якщо у вас слабкий процесор (Core i3, Pentium), або материнська плата вийшла до 2011 року — ніякого сенсу в покупці NVMe немає, порада та ж, що і з ноутбуком — користуйтеся SATA SSD, вам його позаочі вистачить.
• На пристрої є M. 2 слот, підтримує NVMe. Якщо у вас ноутбук — то, швидше за все, він належить до верхнього цінового сегменту, і в цьому роз’ємі вже стоїть SSD (і, можливо, є другий диск — HDD). Більше того — у вас швидше за все і вибору немає: в дорогих ноутбуках зазвичай один-два слота M. 2 і один повнорозмірний SATA, але він уже зайнятий HDD, так що вам доведеться брати NVMe SSD. Якщо ж ви збираєте ПК, і на материнській платі є M. 2 слот — все залежить від процесора: якщо у вас топовий i5 або i7, то варто переплатити і взяти NVMe SSD. Якщо ж у вас Pentium або i3 — сенсу в цьому немає, швидше за все, у вас і так збірка бюджетна, і зайву тисячу грн краще витратити на більший обсяг ОЗУ або більш потужну відеокарту, ніж на більш швидкий SSD, який в кращому випадку прискорить завантаження системи на півсекунди.

У підсумку все повертається на круги своя: старий AHCI як був розрахований для SATA HDD, так з ним тепер в основному і використовується. Ну а розрахований для SSD NVMe все більше набирає обертів, і, швидше за все, скоро вже все SSD будуть підтримувати тільки його.