SSD NVMe: всё о современных высокопроизводительных SSD-накопителях PCI-E

Категория: Жёсткий диск / Железо и периферия
Добавил: admin Опубликовано: 20-02-2020 Просмотров: 47 891 Комментариев: 27

Привет, друзья. Кто из постоянных читателей интересуется компьютерным железом наверняка просматривал цикл публикаций сайта о комплектации игровых сборок ПК на базе актуальных комплектующих 2019 и 2020 года с разным бюджетом. В этих статьях одним из важных критериев выбора комплектующих компьютера мы определили наличие на его борту SSD-накопителя нового стандарта NVMe – накопителя, работающего через интерфейс PCI-E и поддерживающего технологию передачи данных NVMe. Последняя обеспечивает обработку большего, по сравнению со старым протоколом передачи данных AHCI, количества запросов за единицу времени (IOPS). И, соответственно, мы имеем значительно большую скорость работы SSD-накопителя. Насколько эта скорость значительна? И какие нюансы нам необходимо знать, если мы захотим добавить на борт своего ПК накопитель SSD NVMe? Давайте во всём разбираться.

SSD NVMe: всё о современных высокопроизводительных SSD-накопителях PCI-E

Что такое SSD NVMe

Итак, друзья, SSD NVMe – это твердотельные накопители нового стандарта. Как упоминалось, они работают через интерфейс PCI-E, тогда как обычные накопители подключаются через интерфейс SATA. Как и обычные SATA SSD, накопители SSD NVMe – это устройства флеш-памяти с типами памяти MLC, TLC, QLC. Так, SATA SSD, подключённые через интерфейс SATA III, работают в рамках пропускной способности этого интерфейса и обладают линейной скоростью считывания данных, если брать по максимуму, немногим свыше 500 Мб/с, а скоростью записи данных – свыше 400 Мб/с. Накопители же SSD NVMe могут выдавать в разы большие линейные скорости обработки данных. На интерфейсе PCI-E 3.0 у них максимальная линейная скорость чтения может быть до 3500 Мб/с, а максимальная линейная скорость записи – до 3300 Мб/с. Примером накопителя, выдающим на PCI-E 3.0 такие скорости обработки данных, является популярный Samsung 970 EVO Plus. На интерфейсе же PCI-E 4.0 максимальные линейные скорости чтения могут достигать 7000 Мб/с, записи - 5000 Мб/с.

Если мы захотим купить себе SSD NVMe, при выборе накопителя этого типа достаточно на торговой интернет-площадке установить фильтр «NVMe». И мы получим перечень моделей SSD-накопителей с поддержкой технологии NVMe. Но в характеристиках мы столкнёмся ещё с некоторыми идентифицирующими параметрами, в которых будет фигурировать M2. Иногда указываемый как интерфейс и форм-фактор.

Иногда сам тип накопителей SSD может в фильтрах значится как М.2 NVMe. И так же именуется его интерфейс.

А иногда в качестве интерфейса будут указываться расширенные параметры – поколения и линии PCI-E, они же будут представлены в качестве отдельных фильтров.

Что значат эти идентифицирующие параметры SSD NVMe?

Интерфейс

Интерфейс подключения SSD NVMe – PCI-E через аппаратный разъём М.2.

Как и SATA SSD, накопители SSD NVMe универсальные, могут быть подключены к разным типам компьютерных устройств – ПК, ноутбукам, ультрабукам.

У интерфейса подключения SSD NVMe PCI-E есть разновидности – поколения (версии) и число линий PCI-E: PCI-E 3.0 2х, PCI-E 3.0 4x, PCI-E 4.0 4x.

Интерфейс PCI-E 3.0 2x – это третье поколение и две линии передачи данных, реализован в бюджетных накопителях. Одна линия способна пропускать данные на максимальной скорости почти 1 Гб/с (985 Мб/с), следовательно, две линии будут работать с суммарной скоростью немногим менее 2 Гб/с.

Интерфейс PCI-E 3.0 4x – это то же третье поколение и 4 линии передачи данных. Если каждая из линий передаёт данные на максимальной скорости чуть менее 1 Гб/с, то все линии дадут максимальную скорость чуть меньше 4 Гб/с. Это самая актуальная на сегодняшний день разновидность интерфейса PCI-E SSD-накопителей, она позволяет раскрыть потенциал самых быстрых из них.

Интерфейс PCI-E 4.0 4x – это уже четвёртое поколение PCI-E и 4 линии передачи данных. И это интерфейс будущего. Одна линия этого поколения передаёт данные с максимальной скоростью немногим менее 2 Гб/с. Следовательно 4 линии смогут обеспечить передачу данных с максимальной скоростью немногим менее 8 Гб/с (точнее 7,88 Гб/с).

Потенциал интерфейсов SSD может ограничиваться интерфейсами, реализованными на материнских платах. Поэтому если не на перспективу замены материнской платы, то брать SSD NVMe с более быстрым PCI-E, тогда как на материнке реализован более медленный, нет смысла. Накопители с большим числом линий и более нового поколения совместимы с интерфейсами на материнских платах раннего поколения и с меньшим числом линий.

Это всё, что касается непосредственно интерфейса накопителей SSD NVMe. Что же касается М.2, то это аппаратный разъём подключения и форм-фактор накопителей NVMe.

Разъём подключения М.2

Как аппаратный разъём М.2 являет собой слот в материнской плате ПК или в ноутбуке для крепления и подключения накопителей с форм-форм-фактором М.2.

Соответственно, для возможности использования SSD NVMe материнская плата должна предусматривать аппаратный разъём М.2 с интерфейсом PCI-E.

Аппаратный разъём М.2 обеспечивает возможность повышенной производительности SSD-накопителей при пониженном потреблении системных ресурсов, что важно для портативных устройств. Также М.2 имеет потенциал – он предусматривает технологическое усовершенствование твердотельных накопителей в будущем. У него утапливаемое крепление в разъёмах материнских плат, что избавляет нас от необходимости использования шлейфа передачи данных и кабеля питания. И, соответственно, убирает из числа возможных проблем с носителями таковые из-за шлейфа передачи данных или кабеля питания.

Примечание: друзья, о подключении SSD M.2 PCI-E к компьютеру настройке работы накопителя в BIOS смотрите в статье сайта «Как подключить SSD M.2 к компьютеру».

Размеры SSD М.2

Как форм-фактор М.2 являет собой физическую форму накопителя. И у этой формы есть свои размеры. На втором скриншоте, друзья, мы видим, что на одной из торговых площадок в характеристиках накопителя форм-фактор указан как М.2 2280. Цифра 2280 указывает на ширину и длину SSD, это необходимо для определения совместимости со слотом М.2 на материнской плате. Ширина и длина накопителя определяет тип слота М.2 на материнке. В первых двух цифрах закодирована ширина накопителя, в двух последних – длина. На сегодняшний день накопители SSD М.2 идут с одинаковой шириной 22 мм, но длина у них разная. Вот какие размеры форм-фактора М.2 можно встретить у накопителей и современных материнских плат с наличием слота М.2:

Тип 2230 для накопителей длиной 30 мм;
Тип 2242 для накопителей длиной 42 мм;
Тип 2260 для накопителей длиной 60 мм;
Тип 2280 для накопителей длиной 80 мм;
Тип 22110 для накопителей длиной 110 мм.

Современные материнские платы обычно поддерживают несколько типов форм-фактора.

Разная длина накопителей М.2 обусловлена разной их вместимостью. Чем длиннее форма SSD, тем больше микросхем Nand в него поместится. Т.е., чем больше длина накопителя, тем он больше в объёме.

Технология NVMe

NVMe (Non-Volatile Memory Express) – это программное решение на уровне базовой прошивки компьютера (BIOS), технология, обеспечивающая взаимодействие накопителя с остальными компонентами компьютерной системы. NVMe – это ещё одна составляющая в довесок к разъёму подключения М.2 и интерфейсу PCI-E, обеспечивающая высокую производительность SSD. NVMe - это самая передовая на сегодняшний день технология передачи данных, она делает возможным работу SSD на указанных выше линейных скоростях обработки данных:

чтение – до 3500 Мб/с, запись – до 3300 Мб/с на интерфейсе PCI-E 3.0;
чтение – до 7000 Мб/с, запись – до 5000 Мб/с на интерфейсе PCI-E 4.0

NVMe поддерживает многопоточность, формируя множественные очереди команд для обработки данных многоканальным контроллером накопителя в параллельном режиме. NVMe соединяет процессор и накопитель напрямую, без посредников. Тогда как у SATA-устройств, работающих со старым протоколом передачи данных AHCI, есть промежуточные звенья - SATA-контроллер и транслятор SATA-команд, преобразующий принятые в AHCI обращения к ячейкам памяти в запросы данных из страниц флеш-памяти. Технология NVMe изначально разработана для SSD с учётом их особенностей, с акцентом на параллельный доступ и минимизацией задержек.

Друзья, SSD M.2 и SSD NVMe – это не всегда одно и то же. SSD NVMe является SSD М.2, поскольку существует в форм-факторе М.2 и имеет разъём подключения М.2. А вот SSD М.2 может не быть SSD NVMe и поставляться без поддержки технологии NVMe, а с поддержкой устаревшего протокола AHCI. Обычно это накопители с интерфейсом PCI-E 2.0, созданные на заре эпохи накопителей типа М.2, такие устройства выдают меньшую скорость обработки данных. Такие накопители ещё называют M.2 NGFF, их мало в продаже, их практически вытеснили с рынка SSD NVMe.

Технология NVMe может быть реализована только для SSD PCI-E, для SSD SATA она недоступна. Накопители с интерфейсом PCI-E 3.0 и 4.0 практически все с технологией NVMe.

Материнская плата с поддержкой SSD NVMe

SSD NVMe с каждым днём становятся доступнее массам. Цены на накопители с интерфейсом PCI-E 4.0, конечно, кусаются, но накопители с интерфейсом PCI-E 3.0 стоят на уровне хороших SSD SATA. Проблема SSD NVMe заключается больше в поддержке слота М.2 PCI-E и технологии NVMe материнскими платами ПК и ноутбуками. Это только новые устройства, выпущенные не ранее 2015 года. Только материнские платы ПК и ноутбуки, выпущенные не ранее 2015 года нативно предусматривают подключение SSD NVMe. Нативная поддержка SSD NVMe материнской платой включает:

Поддержку слота М.2 PCI-E одного или нескольких;
Реализацию для М.2 интерфейса PCI-E 3.0 4x или PCI-E 4.0 4x, актуальных на сегодняшний день, а, соответственно, поддержку ключа M;
Поддержку типа форм-фактора М.2 в зависимости от длины накопителя (2242, 2260, 2280, 22110);
Поддержку технологии NVMe на уровне BIOS;
Поддержку процессорами (только для AMD).

Все эти нюансы, друзья, нужно смотреть в спецификациях материнской платы ПК или ноутбука. Вот, например, спецификации поддержки SSD-накопителей одной из современных материнок Asus.

Всё это очень тонкие нюансы, детально о них можете узнать в статье сайта «Как узнать, есть ли M.2 на компьютере». Здесь же лишь, друзья, в завершение статьи отмечу, что если у материнской платы нет разъёма М.2, то SSD PCI-E с этим форм-фактором можно подключить к обычному разъёму PCI-E с использованием специального адаптера-переходника.

С помощью адаптера-переходника мы сможем подключить к системе и SSD AHCI, и SSD NVMe. Но вот установить Windows и загружаться в дальнейшем с накопителя SSD NVMe сможем не в каждом случае. Для этой возможности в BIOS UEFI материнской платы должна быть активна технология NVMe. Если её нет, BIOS UEFI можно попытаться обновить. Возможно, в обновлении базовой прошивки производитель материнской платы реализовал поддержку драйверов NVMe. Но, увы, не всегда помогает обновление с использованием ПО на официальном сайте производителя материнки, иногда BIOS нужно перепрошивать с использованием модифицированной версии. ПО для модифицированной перепрошивки необходимо искать на сторонних ресурсах, ну и, соответственно, друзья, это всегда будет определённый риск.

Поддержку NVMe лучше реализовать путём комплексного апгрейда – если у вас базовая начинка ПК в хорошем состоянии, вы можете продать связку «материнка + процессор + кулер + оперативная память» на вторичном рынке и приобрести такую же связку нового поколения. Ну и, соответственно, в этой связке материнская плата должна быть с поддержкой SSD NVMe и интерфейса как минимум PCI-E 3.0 4x. Как вообще выбрать материнскую плату для современного ПК, смотрите в статье сайта «Как выбрать материнскую плату ПК в 2022 году».

Друзья, больше информации о SSD NVMe - информации в контексте сравнения этих накопителей с обычными SSD SATA - смотрите в статье «SSD NVMe или SSD SATA: какой выбрать накопитель». Также рекомендую к прочтению статью «Типы интерфейса SSD», в ней детально описывается отличия разъёма М.2 для интерфейсов PCI-E и SATA. Также можете глянуть все публикации сайта о твердотельных накопителях SSD.

Ключевые слова