Что такое nvme диск и как он работает?

Что лучше: HDD против SSD против M.2 NVMe

В зависимости от ваших потребностей вам придется выбрать тот или иной тип хранилища. Жесткие диски предлагают худшую производительность, хотя это нормально, что они имеют большую емкость и дешевле. Поэтому, если вы собираетесь хранить много файлов на своем компьютере, но ваш бюджет ограничен, жесткий диск может стать вашим союзником. Однако наиболее распространенным явлением в этом типе оборудования является то, что жесткий диск снижает производительность.

Твердотельные накопители настоятельно рекомендуются, когда речь идет о быстрых и гибких операциях. Очевидно, что некоторые твердотельные накопители быстрее других, но в большинстве случаев они обеспечивают лучшую производительность, чем жесткие диски. Если вы собираетесь играть со своим компьютером, это выигрышный вариант. А если вы собираетесь требовать от своего компьютера многого, подумайте о приобретении диска, который использует протокол NVMe.

Вопрос	Ответ
6. Могу ли я использовать NVMe-накопитель вместо обычного жесткого диска?	Да, NVMe-накопители могут быть использованы вместо обычных жестких дисков. Они предлагают значительно большую производительность и скорость, что полезно для операций, требующих высокой загрузки данных, таких как запуск операционной системы, установка приложений или передача больших файлов.
7. Могут ли NVMe-устройства работать на разных платформах?	Да, NVMe-устройства могут работать на различных платформах, включая настольные компьютеры, ноутбуки и серверы. Лишь некоторые очень старые системы могут не поддерживать NVMe из-за технических ограничений.
8. Как установить NVMe-устройство в свой компьютер?	Установка NVMe-устройства осуществляется путем подключения накопителя к соответствующему разъему на материнской плате. Для этого необходимо снять крышку корпуса компьютера, вставить NVMe-накопитель в свободный слот M.2 и закрепить его с помощью крепежных винтов или защелок, если такие предусмотрены конструкцией.
9. Какие еще интерфейсы используются для подключения SSD-накопителей, помимо NVMe?	Помимо NVMe, SSD-накопители могут быть подключены через интерфейсы SATA и PCIe. Интерфейс SATA является более распространенным и позволяет подключать как HDD, так и SSD накопители. Интерфейс PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) обеспечивает более высокую скорость передачи данных по сравнению с SATA и используется в NVMe-устройствах.
10. Можно ли использовать NVMe-устройство в старом компьютере без поддержки данного интерфейса?	Да, при отсутствии поддержки NVMe интерфейса на материнской плате можно приобрести дополнительный адаптер, который позволит подключить NVMe-накопитель через интерфейс SATA или PCIe.

M.2 NVMe vs SSD M.2

Если твердотельный накопитель M.2 использует полосу пропускания PCI-Express (через NVMe), то никакой конкуренции нет. Но давайте поговорим об этом подробнее.

Накопители M.2 NVMe и SSD M.2 внешне будут выглядеть практически одинаково: супертонкие и длиной с большой палец. Однако современные накопители NVMe созданы для использования полосы пропускания PCI-Express 3.0, а по скорости она намного превышает пропускную способность SATA.

Между тем, ваш твердотельный накопитель NVMe может достигать скорости 3,5 ГБ / с. Это в несколько раз быстрее, чем даже лучший SSD накопитель SATA, и оставляет традиционную технологию жестких дисков позади. И это еще не всё!

На момент написания этой статьи, возможность работать по шине PCI-Express 4.0 будет только на материнских платах с чипсетом AMD X570. Но Intel обязательно последует этому примеру в течение года или меньше. PCI-Express 4.0 позволил компаниям, таким как Corsair, выпустить такие продукты как MP600, который может похвастаться сокрушительной скоростью до 4,9 ГБ / с.

Это не похоже на соревнование: NVMe выиграла гонку на скорость. Но значит ли это, что именно NVMe подходит Вам?

Основная концепция, лежащая в основе архитектуры M.2

Что ж, твердотельные накопители M.2 состоят из многоуровневых NAND ячеек. Это позволяет повысить коэффициент надежности SSD накопителей. Их устройство включает встроенные функции обнаружения и исправления ошибок.

Более низкие требования к питанию — это то, что уже должно заставить вас выбрать твердотельные накопители M.2

Эта технология лучше всего подходит для мобильных приложений и устройств где важно энергосбережение. Мобильные ПК, ноутбуки, мини PC

Диски данного формата помогут продлить срок службы батареи ваших девайсов.

M.2 2242 довольно популярен в качестве твердотельного накопителя для ноутбуков, в то время как M.2 2280 используется в настольных материнских платах. M.2 2280 превосходит M.2 2242 как по производительности, так и по тепловыделению. Ожидается, что с более расширенным корпусом и глубокими контурами он будет работать лучше, чем другой. Кроме того, благодаря большему пространству и компактному чипу он также обеспечивает лучшее рассеивание тепла. Однако M.2242 является отличным выбором для компактных устройств, таких как ноутбуки, ноутбуки и планшеты.

Вот и все основные различия между этими двумя форм-факторами M.2. Ещё стоит обратить внимание на расположение ключей в новом диске

Параллелизм и глубина очереди

Если устаревший SATA SSD может работать только с одной очередью, глубина которой ограничена 32 командами, то протокол NVMe добавляет твердотельным накопителям возможность одновременного обслуживания до 65 тысяч очередей с таким же числом команд в каждой.

Если проводить параллель с обычной жизнью, представьте себе забитый народом огромный торговый центр только с одной работающей кассой. Сколько времени вам придется провести в Центре, пока вы не сможете выйти из него с покупками? Это и есть SATA SSD. А теперь представьте тот же торговый центр с 65 тысячами касс, скорость обслуживания вырастет просто многократно. Конечно, на деле столько касс вам не понадобится, но в этом случае NVMe обеспечивает необходимый задел на будущее. Ведь прогресс не стоит на месте.

Как работает жесткий диск?

Жесткий диск состоит из одной или нескольких вертикально расположенных пластин и магнитных головок. Последовательные изменения направления намагничивания используются для представления цифр 1 и 0. Система кодирования и декодирования используется для записи и чтения данных, имеющихся на пластинах. Последний должен вращаться, и, в зависимости от модели, он должен вращаться с высокой скоростью. В случае жестких дисков, разработанных для серверов, частота вращения пластин может достигать 15 000 об / мин.

Что интересно, пластины сделаны не из магнитного материала. Скорее используется алюминиевый сплав или стекло. Чтобы придать им магнетизм, они покрыты тонким слоем магнитного материала толщиной не более 20 нм. С другой стороны, вы должны знать, что головки не касаются пластин во время вращения, хотя это правда, что расстояние между двумя элементами со временем уменьшилось.

Тип разъема/форм-фактор

Во вторую очередь накопитель подбирается на основании доступного разъема. От него зависит форм-фактор устройства хранения данных, который будет подключен. Следовательно, вы можете выбрать как классический диск в корпусе, так и плату, которую не понадобится крепить винтами в отсеке.

2,5 дюйма

Стандартный и универсальный форм-фактор, которым могут воспользоваться абсолютно все пользователи. Подключение и использование идентично HDD (жестким дискам), поэтому будет привычным для большинства. То, как выглядит этот порт, вы уже видели на первом изображении в статье.

mSATA

Этот форм-фактор практически ничем не отличается от предыдущего, и представляет собой просто уменьшенную вариацию 2,5-дюймового диска без корпуса. Актуален для тех сборок ПК, в которых мало свободного места (как правило, это касается компактных корпусов системных блоков и ноутбуков). В плане производительности также аналогичен 2,5-дюймовому.

Слот для mSATA на материнской плате выглядит следующим образом:

M.2

M.2 доступен для двух логических интерфейсов: SATA M.2 и NVMe M.2 (в этом случае он подключается по PCIe). За счет того, что такой диск представляет собой просто плату без корпуса, он подключается напрямую к материнской плате. При использовании SATA M.2 его скорость будет ограничена возможностями этого интерфейса, при подключении к PCIe все современные M.2, работающие через PCIe 3.0 и 4.0, будут иметь поддержку NVMe. Другими словами, вы не сможете купить SATA M.2 и подключить его к PCIe

Кстати, детально об особенностях выбора M.2 на основе конструкции мы рассказали в конце статьи — с этим важно ознакомиться, иначе есть риск приобрести несовместимое устройство

M.2 устанавливается в такой слот:

U.2/U.3

U.2 — еще один тип SSD, которые выглядят как 2,5-дюймовые диски, но работают через PCIe. Эти накопители ориентированы на корпоративный сектор, где требуется не только скорость устройства, но и повышенный объем памяти, а также возможность горячей замены. Устройства U.2 созданы так, чтобы лучше переносить повышенные температуры, которые вполне возможны при повышенной нагрузке на ПК или в серверной. U.3 разрабатывался как замена для U.2, решая проблему поддержки разъемами интерфейсов, которая имеется в прошлом поколении. Для домашних целей приобретать такие устройства бессмысленно, поэтому более подробно рассказывать о них мы не будем.

Для U.2 предназначен специальный порт, а при его отсутствии может быть докуплен специальный переходник:

AIC (PCIe)

Последний тип ССД, и при этом не самый распространенный. Устройство Add-in card представляет собой HHHL-карту и подключается, как уже понятно, через PCIe. Если говорить об обычных накопителях для домашнего использования, то необходимости в них часто нет: такие устройства дорогие, громоздкие, сложнее в установке, в отличие от M.2. Однако их можно рассмотреть в тех ситуациях, когда других доступных слотов нет или при необходимости обеспечить более качественное охлаждение для накопителя (габариты платы расширения существенно отличаются от компактных M.2, за счет чего HHHL-карты меньше подвержены нагреву).

Слот для HHHL-карт на материнке — PCIe x4 или больше:

Более актуальны PCIe SSD для серверов. В этом случае слоты PCIe, занятые AIC, обеспечивают высокую производительность. Некоторые крайне дорогостоящие модели представляют собой RAID-массивы и вовсе имеют не имеют аналогов в плане производительности. К примеру, у Gigabyte Aorus Gen4 AIC SSD 8TB скорости чтения и записи могут достигать 15000 Мбайт/с, а у Gigabyte Aorus Xtreme Gen4 AIC SSD 32 TB — до 28000 Мбайт/с (запись) и до 26600 Мбайт/с (чтение). Поскольку такие устройства выделяют достаточно много тепла в своей работе, они в корпусе и дополнительно оснащены кулером.

Контроллер

Контроллер по аналогии с процессором является “мозгом” нашего накопителя, отвечающим за его работу. В настоящее время количество производителей уже приближается к десятку: помимо известных Samsung, Phison, Marvel и Silicon Motion постоянно добавляются новые компании такие как Maxiotek, InnoGrit и Realtek. Каждая фирма производит множество контроллеров, которые способны работать только с одним типом интерфейса: SATA или PCI-e, отличающиеся по скоростям и способностью работать с DRAM-буфером. Гнаться за конкретной моделью особого смысла нет. Так как производители уже давно даже в рамках одной линейки могут использовать разные контроллеры, никак не афишируя это в спецификациях. Даже именитые бренды, такие как Samsung и Western Digital, попадались на том, что со временем меняли начинку своих SSD, и зачастую не в лучшую сторону.

Однозначно можно сказать только то, что чем выше заявленные скорости накопителя, тем производительнее установленный контроллер.

В чем отличие SSD SATA накопителей от SSD M2?

Рассматриваемые разновидности накопителей характеризуются целым рядом отличий. Разница, прежде всего, кроется в технических параметрах.

Форм-фактор

Этот показатель влияет на внешний вид устройства и его подключение к материнской плате. SATA SSD напоминают по 2,5-дюймовые жесткие иски. Однако, поскольку это SSD, в корпусе располагаются чипы памяти для хранения информации. Устройство подключается к материнской плате при помощи SATA-коннектора.

Накопители M2 считаются более необычным вариантом. Они представляют собой тонкие и длинные платы, на которых видны чипы. Это такой же SSD накопитель, который применяет тип подключения или разъем под названием М2. Также существуют накопители PCI Express. По сути, это такие же накопители М2, которые вставляются в переходник на PCI Express. Это продается одним комплектом.

Протокол и интерфейс

При выборе устройства требуется обратить внимание на протокол. Этим термином называют технологию общения накопителя с другими составляющими компьютера и, прежде всего, с процессором

Обычные 2,5-дюймовые SATA SSD применяют протокол AHCI, разработанный для жестких дисков. Потому он характеризуется рядом ограничений. Само подключение SATA также имеет ограничение на пропускной способности на уровне 550-600 мегабит в секунду.

Также сравнительно недавно появился протокол NVMe, способный передавать до 65 тысяч очередей. При этом у AHCI этот показатель не превышает 32 очереди.

Более наглядно сравнить рассматриваемые устройства помогут сведения таблицы:

Интерфейс SSD	Теоретическая пропускная способность	Реальная пропускная способность
SATA III	750 мегабит в секунду	600 мегабит в секунду
PCIe 2.0 x2	1 гигабит в секунду	800 мегабит в секунду
PCIe 2.0 x4	2 гигабита в секунду	1,6 гигабита в секунду
PCIe 3.0 x4	4 гигабита в секунду	3,2 гигабита в секунду

Скорость NVMe М.2 в несколько раз превышает возможности дисков SATA и накопителей формата 2,5 дюйма.

Разъем

Хост-разъемы М2 базируются на ключе В или М. Они способны поддерживать протокол SATA и PCIe или только один из двух вариантов. При этом стоит отметить, что SSD диск M.2 подключается без кабелей и шлейфов, что существенно облегчает его применение и дает возможность компьютеру быть компактнее. В этом кроется одно из главных преимуществ.

Совместимость

Перед приобретением SSD стоит удостовериться, что материнская плата поддерживает конкретный разъем

Для этого важно узнать, есть ли сам разъем на плате и совместимость определенного диска и платы. Также большое значение имеет длина SSD

Перед покупкой требуется оценить, подходит ли она.

Цена

Ранее SSD М2 стоили значительно дороже по сравнению с аналогами SATA. Однако уже несколько лет назад ситуация выровнялась. В среднем ценовом сегменте диски на М2 стоят всего на пару тысяч дороже предшественников.

Развитие SATA-интерфейса

Перед тем как углубиться в разновидности винчестеров, технологии их изготовления, типы памяти и контроллеры, необходимо сделать акцент на форм-факторе (размере). Каждое из устройств:

отличается по размерам;
имеет свои разъемы подключения;
используется совершенно по-разному.

Если SSD в 2.5 дюйма знаком многим, так как по размерам и расположению разъемов он схож с обычными жесткими дисками, то иные разновидности вызывают массу вопросов.

Интерфейс SATA стал хорошей заменой PATA, сменив широкий шлейф более компактным, тонким и удобным вариантом. Основной тенденцией его развития являлось стремление к компактности, и это вполне нормально. Даже для нового интерфейса потребовалась разновидность, позволяющая использовать его в мобильных устройствах и там, где предъявляются особенные требования к размерам комплектующих.

Таким образом, был создан mSATA – тот же интерфейс, только с более компактными размерами. Но он прожил недолго и ему на смену быстро пришел абсолютно новый — разъем M.2, который обладал еще большими возможностями и меньшим размером. Не по ошибке в аббревиатуре нет слова SATA, так как новый вариант не относится к данному стандарту. Более подробно об этом мы поговорим дальше.

Преимущества поддержки NVMe

Увеличение скорости передачи данных: Одним из основных преимуществ поддержки NVMe является значительное увеличение скорости передачи данных. NVMe использует параллельную архитектуру, которая позволяет получать быстрый доступ к данным и обеспечивает высокую скорость передачи данных между хостом и накопителем. Это позволяет снизить задержку и повысить производительность системы.
Снижение задержки: NVMe минимизирует задержку передачи данных. Традиционные интерфейсы, такие как SATA, имеют значительные задержки из-за протоколов, служебных команд и ограничений жесткого диска. NVMe, с другой стороны, предлагает низкую латентность и уменьшает временной промежуток между командами, что делает систему более отзывчивой и эффективной.
Повышение производительности: Поддержка NVMe позволяет значительно повысить производительность системы. Накопители с поддержкой NVMe успешно справляются с высокими нагрузками и интенсивно используют параллельность чтения и записи данных, что позволяет существенно увеличить скорость работы с жестким диском. В результате, процессы загрузки, копирования файлов и запуск приложений становятся более быстрыми и эффективными.
Большая пропускная способность: NVMe обеспечивает высокую пропускную способность, что делает его идеальным выбором для приложений с высокой нагрузкой на ввод-вывод данных. Накопители NVMe позволяют быстро передавать большие объемы данных, которые могут быть актуальными для задач видеообработки, генерации графики в реальном времени или виртуальной реальности.
Энергоэффективность: NVMe является энергоэффективным решением для хранения данных. Он потребляет меньше энергии, чем классические интерфейсы передачи данных, что позволяет уменьшить затраты на электроэнергию и снизить выделение тепла в рабочей среде.
Размер и форм-фактор: Модули NVMe имеют компактные размеры и различные форм-факторы, что делает их удобными для установки в различные устройства. Они могут быть легко встроены в ноутбуки, компьютеры, серверы или другие устройства без необходимости в большом объеме пространства.

В целом, поддержка NVMe позволяет значительно ускорить работу с накопителями данных и повысить производительность системы. Это энергоэффективное и компактное решение, которое может быть использовано в различных устройствах для обеспечения высокой скорости обработки данных и эффективности работы.

Перенос системы на NVMe или M.2 SSD

Независимо от того, выберете ли вы твердотельный накопитель NVMe или M.2, вы можете перенести свою систему на него, чтобы повысить производительность, тогда вы можете использовать бесплатное программное обеспечение для резервного копирования — MiniTool ShadowMaker для этого.

Это профессиональная программа резервного копирования, которую можно использовать для резервного копирования операционной системы, диска, раздела, файла и папки. Clone Disk — еще одна полезная функция MiniTool ShadowMaker, которая важна для обновления жесткого диска.

Может лучше сделать клон? Это зависит от реальной ситуации. Если вам нужно обновить диск на больший без переустановки ОС, рекомендуется клонирование. Если вы хотите создать резервную копию данных диска в файл образа, клонирование не может реализовать это, но функция резервного копирования может.

Как перенести ОС с помощью MiniTool ShadowMaker

Теперь давайте посмотрим, как перенести вашу операционную систему на NVMe или M.2 SSD с помощью MiniTool ShadowMaker. Клонировать диск особенность.

Шаг 1. Подключите твердотельный накопитель NVMe или M.2 к компьютеру. Запустите MiniTool ShadowMaker и нажмите Продолжить пробную версию продолжать использовать пробную версию.

Шаг 2: После входа в основной интерфейс перейдите в Инструменты вкладку и выберите Клонировать диск возможность продолжить.

Советы:

Шаг 3. Далее вам необходимо выбрать исходный и целевой диски для клонирования.

Шаг 4. После того, как вы успешно выбрали источник и место назначения для клонирования диска, нажмите Начинать продолжать.

Шаг 5. Затем вы получите предупреждающее сообщение о том, что все данные на целевом диске будут уничтожены в процессе клонирования диска. Затем нажмите ХОРОШО продолжать.

Шаг 6: Затем начнется клонирование системы на SSD, и вам нужно подождать несколько минут, пока процесс не завершится.

Шаг 7: Когда процесс клонирования диска будет завершен, вы получите сообщение о том, что исходный и целевой диски имеют одинаковую подпись. Таким образом, вам нужно удалить старый HDD или SSD с вашего компьютера и вставить новый в ПК.

Похожие сообщения:

Как клонировать SSD на SSD большего размера в Windows 11? Вот 2 инструмента!
Как клонировать жесткий диск через командную строку? Вот 2 способа!

Возможности и ограничения протокола NVMe

Протокол NVMe (Non-Volatile Memory Express) — это первый протокол, созданный специально для работы с твердотельными накопителями. Традиционные SAS и SATA разрабатывались с учетом сложной механики жесткого диска. Эти протоколы используют большое количество служебных команд, необходимых для корректного управления подвижными элементами и их бесперебойную работу.

Для flash-памяти такие команды обычно сложны и избыточны. SAS и SATA протоколы обращаются к данным на SSD по процедуре работы с жесткими дисками, которая не учитывает физические особенности flash-памяти. Протокол NVMe, наоборот, опирается на эти особенности и использует их для достижения максимальной производительности.

Высокая скорость и низкая задержка

VMe работает на основе интерфейса PCIe. Протокол использует набор PCIe команд, с помощью которых приложения взаимодействуют с центральным процессором. Благодаря этому между накопителем и CPU нет уровня HBA, который увеличивает data path за счет преобразования SAS/SATA команды в PCIe.

Рисунок 1. Сравнение программных интерфейсов AHCI и NVMe

Помимо этого контроллер NVMe-накопителя поддерживает до 65 тысяч очередей передачи данных в процессор, каждая из которых может содержать более 65 тысяч команд. В SATA/SAS интерфейсах возможна лишь одна очередь с 32 или 254 командами соответственно.

Такие характеристики позволяют NVMe SSD снизить уровень задержки в два раза и в несколько раз увеличить скорость чтения и записи на случайных и смешанных нагрузках по сравнению с традиционными SSD. Благодаря этому NVMe-накопители являются основой для эффективной работы с требовательными бизнес-приложениями и такими технологиями как AI & ML, OLTP, Edge-computing и др.

NVMe-oF для сетевого доступа к данным

NVMe SSD имеет неоспоримые преимущества над SATA/SAS SSD при прямом размещении в сервере на шине PCIe. Но локальное использование накопителей подходит далеко не для всех бизнес-задач: при нем не выполняются минимальные требования по отказоустойчивости, и существуют ограничения по масштабированию и гибкости распределения ресурсов.

Поэтому технологию стоит оценивать также в контексте сетевого использования, где из-за распространения протоколов предыдущего поколения NVMe не может демонстрировать свою эффективность. Для решения этой задачи разработано расширение NVMe-oF (NVMe Over Fabric), которое позволяет использовать NVMe с транспортом Ethernet, Fiber Channel или InfiniBand.

NVMe-oF позволяет приложению на сервере взаимодействовать с внешним NVMe-массивом практически с локальным уровнем задержки. Технология предполагает также сохранение высокой производительности в сети, но на данным этапе это ограничивается возможностями сетевых адаптеров.

Поэтому для полноценного использования протокола NVMe в enterprise-сегменте важнейшим условием является поддержка NVMe-oF другими компонентами существующей инфраструктуры.

Что значит nvme диск

Что лучше: HDD против SSD против M.2 NVMe

Популярные вопросы и ответы о поддержке NVMe

M.2 NVMe vs SSD M.2

Основная концепция, лежащая в основе архитектуры M.2

Параллелизм и глубина очереди

Как работает жесткий диск?