Спецпроекты

Технология SSD NVMe: история, сравнение, преимущества и недостатки. Подробный обзор Market.CNews

Безопасность Бизнес Интернет Интеграция ИТ в банках ИТ в госсекторе Ритейл Маркет

Твердотельные накопительные системы SSD постепенно вытесняют механические элементы памяти. Сказывается тенденция к уменьшению габаритов устройств. Серверы, ноутбуки и телефоны становятся все тоньше и компактней. Внутри их корпуса не остается места, чтобы разместить классические лазерные жесткие диски. Поэтому производители развивают технологию немеханических носителей. Одной из наиболее актуальных в настоящее время систем данного типа является NVMe.

Что такое SSD NVMe

SSD NVMe — это разновидность твердотельных носителей, работающих на базе микросхем памяти. Отличием конкретно этого типа запоминающих устройств является передача данных через скоростное соединение PCI Express. Данный тип подключения позволяет организовать передачу в несколько одновременных потоков. Подобная мультизадачность стала возможной благодаря распространению многоядерных процессоров, способных выполнять несколько действий параллельно.

Непосредственно NVMe указывает на протоколы передачи данных, а не на разъем или форму устройства. Однако его часто отождествляют с форм-фактором М.2. Такое суждение ошибочно, но эти два понятия нередко употребляются совместно, так как наибольшее распространение на данный момент PCI Express накопители получили именно в указанном формате.

История появления SSD NVMe

Ввиду интенсивного развития компьютерных технологий уже в начале 2000 предсказывалось, что в скором времени имеющиеся стандарты доступа к устройствам запоминания не смогут справляться с передачей нарастающего потока данных. Однако первые официальные заявления о разработке улучшенного типа подключения к энергонезависимой памяти появились в 2007 г. Про него сообщили на Intel Developer Forum. Инженеры представили новый вариант соединения между хостом и контроллером HAND. Новинка получила аббревиатуру NVMHCI. В тот же период и был утвержден состав рабочей группы по данному проекту.

Версии SSD NVMe

Первый рабочий вариант NVMHCI 1.0 был закончен в 2008 г. Уже годом спустя создана рабочая группа из представителей 60 компаний по разработке NVMe. В 2011 г. представили пилотную версию новой спецификации. Впоследствии при проработке сборки под индексом 1.1, вышедшей в 2012 г., уделили внимание подготовке для корпоративного использования. Многонаправленная передача данных, появившаяся в этом стандарте, позволила подключать к накопителю несколько клиентов без снижения скорости считывания и записи.

Всего вышло 5 официальных версий NVMe спецификации:

  • Сборка 1.1 (11.11.2012) — первая в серии. Внимание разработчиков было уделено многонаправленной записи и выводу информации;
  • 1.1b (2.06.2014) — представляла собой оптимизированный вариант предшественника;
  • 1.2 (3.11.2014) — устройства потребительского класса получили расширенное управление питанием и возможность использования накопителей без динамической памяти. Корпоративная версия научилась проводить обновления с одновременным обращением к ресурсам со стороны пользовательских компьютеров;
  • 1.2b (23.11. 2015) — оптимизация под устройства пользовательского класса;
  • 1.3 (24.05.2018) — появление загрузочных разделов, возможность самостоятельного тестирования без монтирования томов, находящихся на носителе;
  • 1.4 (анонсирован в 2019) — упрощение процедуры перемещения и восстановления информации, непрерывный мониторинг событий, организация буфера внутри клиентской системы.

Первые накопители и контроллеры на NVMe

В 2012 году Integrated Device Technology выпустили первый контроллер SSD NVMe и флеш-накопитель в формате PCIe. Серверный вариант накопителя, работающего через шину PCI Express, появился спустя год в 2013, благодаря компании Samsung. В тот период разработки производились для использования технологии в форм-факторе U-2.

В 2014 году на рынок NVMe выходит Intel со своими серверными накопителями. Было выпущено три модели, отличающиеся своей емкостью и производительностью. DC P3500, DC P3600, DC P3700 выпускались в формате U-2. Первая модификация послужила базой для последующего выпуска первой пользовательской версии, вышедшей в 2015 г.

В тот же 2015 г. Samsung представил SSD NVMe в формате М.2. В таком исполнении модель SM951-NVMe была первой. Она нашла широкое применение в сегменте ноутбуков. Хотя нередким было их использование и в портативных ПК. Для подключения к стандартному PCI Express требовался переходник.

Емкость накопителя SSD NVMe массой 7,5 грамм и размером с брелок 250 Гб

Преимущества и недостатки SSD NVMe

Рассматриваемая спецификация имеет ряд неоспоримых достоинств, однако, как и с любой другой технологией, не обошлось без недостатков. Для более подробного изучения всех сторон этого вопроса следует ознакомиться с таблицей:

Плюсы Минусы
· Оперативная работа. NVMe позволяет системе быстрей включаться и производить манипуляции с данными;
· Высокая пропускная способность повышает защищенность от DOS-атак;
· Поддерживают тестирование системы без отсоединения клиентов;
· Допускается извлечение, установка и замена без выключения системы.
· Более высокая стоимость накопителей такого типа;
· Сильный нагрев во время работы;
· Потребляют больше электроэнергии.

Сравнение NVMe c SATA, SDD и SAS

Среди твердотельных носителей на микросхемах наиболее распространены устройства SATA. Они применяются на большинстве носимых гаджетов, ноутбуков, планшетов.

Если говорить о серверах, то чаще всего встречается SAS накопители. Они дороже SATA, но обеспечивают большую производительность благодаря работе, основанной на параллельном SCSI.

Главное отличие обоих носителей от NVMe в том, что их подключение к материнской плате происходит через промежуточный стек SAS/AHCI. Естественно, посредник снижает скорость передачи информации.

Подключение NVMe осуществляется через разъем PCI Express. Он позволяет поддерживать до 4 каналов одновременной передачи данных. Скорость каждого из них достигает 984,6 МБ/с. То есть, суммарный поток будет равен 3,94 ГБ/с. У SATA этот показатель составляет всего 768 МБ/с.

NVMe в IaaS

Использование NVMe для хранения данных на персональных устройствах не даст в полной мере ощутить преимущества высокоскоростной передачи. По данным частных исследований, наибольшее преимущество подключение накопителя через PCI Express дает на максимальных уровнях загрузки. Такое обеспечивается только на массивных серверах, предоставляющих свои ресурсы клиентам как услугу — IaaS.

Твердотельные накопители NVMe позволяют повысить пропускную способность системы. Увеличение количества каналов одновременной передачи данных снижает вероятности перегрузки сервера. Растет защищенность от DDoS-атак.

Преимущества при обслуживании

Как указывалось выше, разработчики NVMe добились стабильной работы накопителя даже в момент тестирования системы. Обновление может происходить без отключения пользователей. Еще одно преимущество рассматриваемых носителей — возможность «горячего извлечения». При возникающих поломках отдельный блок извлекается без выключения стека. Влияние на качество услуги в таком случае минимально.

Главные недостатки применения NVMe в IaaS

В первую очередь сказывается высокая себестоимость твердотельных накопителей NVMe. Переход сервера на эти устройства неизменно влечет повышение стоимости услуги.

Стоит также учитывать, что по данным исследования, рассматриваемые накопители обладают более высокой степенью нагрева, которая вызвана повышенным потреблением электроэнергии. Эти два фактора также снижают привлекательность NVMe для организации сервера.

Стоимость хранилища на SSD NVMe

По данным ИТ-маркетплейса Market.CNews, самый дешевый VPS на SSD NVMe обойдется в ₽189 в месяц (1 vCPU + 1 Gb RAM + 10 Gb SSD NVMe). Аналог на SATA стоит почти в 2 раза дешевле: ₽99 в месяц.

В облачной инфраструктуре цены на SSD NVMe занимают верхний сегмент цен на SSD: ₽40-60 за каждый 1 Гб хранилища.