Современный рынок изобилует твердотельными накопителями, отличающимися друг от друга по объему, быстродействию и надежности. Несмотря на впечатляющее многообразие, все эти устройства можно разделить на две обширные группы: SATA и NVMe. Но что скрывается за этими аббревиатурами и какие преимущества обеспечивает тот или иной интерфейс? Давайте разбираться.
Интерфейсы в вычислительной технике
Чтобы понять, чем разные типы твердотельных накопителей отличаются друг от друга, сперва необходимо разобраться в терминологии. Камнем преткновения в сегодняшней статье является термин «интерфейс». Применительно к вычислительной технике это слово обозначает совокупность программных и технических средств, обеспечивающих взаимодействие компонентов компьютера между собой. Интерфейс может быть логическим (стандарты и протоколы, в соответствии с которыми устройства обмениваются данными) и физическим (описывает параметры электрических связей между комплектующими и конфигурацию портов).
Проще всего понять разницу между физическим и логическим интерфейсами на конкретном примере — более наглядном и привычном, нежели SATA и NVMe. Любой современный смартфон имеет компактный разъем USB Type-C (это физический интерфейс) и поддерживает передачу данных по протоколу USB 3.1 (это логический интерфейс) на скорости до 10 Гбит/с.
При наличии кабеля-переходника гаджет можно подключить к компьютеру даже в том случае, если на материнской плате идентичный разъем не предусмотрен. А все благодаря тому, что полноразмерные USB Type-A, которые обязательно есть у любого ПК или ноутбука, также работают по стандарту USB 3.1, а значит, полностью совместимы с USB Type-C на логическом уровне.
Более того, даже если десктоп поддерживает только USB 2.0, вы все равно сможете закачать на смартфон нужные файлы, хотя и с меньшей скоростью (для второй версии стандарта таковая ограничена 480 Мбит/с). Взаимодействие между устройствами, работающими с разными версиями протокола, стало возможным за счет обратной совместимости разных версий логического интерфейса. Что же касается переходника, то он обеспечивает совместимость на физическом уровне.
Различие между SATA и NVMe SSD
Теперь, когда мы разобрались с терминологией, о SATA и NVMe SSD можно говорить более предметно. SATA — это последовательный логический интерфейс для обмена данными между системой и HDD либо, как в нашем случае, твердотельным накопителем. Стандартный 7-контактный разъем (то есть физический интерфейс), знакомый каждому, кто хотя бы раз собирал компьютер собственными руками, носит идентичное название. Он используется для подключения диска к материнской плате. Слово «последовательный» указывает на то, что биты информации пересылаются один за другим по единственному каналу передачи.
За время своего существования интерфейс претерпел несколько ревизий. Наиболее актуальная, третья версия позволяет передавать информацию на скорости до 768 МБ/с. Для единственного HDD такие показатели являются избыточными (напомним, что даже самый производительный на сегодняшний день винчестер Western Digital Black может передавать данные на максимальной скорости всего 227 МБ/с), однако запас пропускной способности обеспечивает прирост производительности в специфических сценариях (например, при объединении дисков в RAID-массивы).
NVMe — это логический интерфейс, обеспечивающий возможность подключения твердотельных накопителей к шине PCI Express, на что указывает само название протокола: NVM расшифровывается как «non-volatile memory» (энергонезависимая память), а литера «e» — как «Express». Данный стандарт был разработан специально для SSD-накопителей, производительность которых многократно превышает возможности обычных жестких дисков.
Как вы уже знаете, сохранение информации в энергонезависимой флэш-памяти происходит благодаря изменению заряда на плавающем затворе транзистора, либо в специальной «ловушке заряда», если речь идет о 3D NAND. В этом заключается ключевое преимущество SSD перед винчестерами: контроллер твердотельного накопителя может обратиться к любой ячейке памяти и практически мгновенно считать, либо сохранить данные, тогда как жесткий диск всегда вынужден тратить дополнительное время на поиск нужного блока на магнитных пластинах, причем его производительность обратно пропорциональна степени фрагментации данных.
Но архитектура флэш-памяти — отнюдь не единственный фактор, определяющий быстродействие SSD. Предлагаем вашему вниманию небольшую таблицу, в которой приведены показатели IOPS (максимальное количество операций ввода-вывода в секунду) для твердотельных накопителей WD Black SN750 разного объема.
Видите закономерность? Скорость передачи данных оказывается тем больше, чем больше объем SSD (кстати, у винчестеров все с точностью до наоборот). Но как же связаны эти показатели? Ответ на эту загадку чрезвычайно прост. Все дело в том, что рекордная производительность твердотельных накопителей достигается, в том числе, за счет распараллеливания операций чтения и записи между отдельными чипами флэш-памяти. Поскольку в моделях большей емкости используется большее количество чипов, терабайтный накопитель оказывается практически в 3 раза быстрее своего 250-гигабайтного собрата.
А вот другой пример. Все SATA SSD серии WD Blue имеют одинаковую скорость чтения (не более 560 МБ/с) и записи (около 530 МБ/с), заметно уступая WD Black SN750, хотя обе линейки накопителей разработаны на базе 3D NAND. В данном случае «бутылочным горлышком» является сам интерфейс, ведь, как мы уже упоминали ранее, передача данных с использованием SATA осуществляется последовательно. Впрочем, даже несмотря на ограничения протокола, SATA SSD оказываются более, чем вдвое быстрее HDD, что делает их идеальным выбором для бюджетного апгрейда: использование стандартного разъема и форм-фактор 2,5 дюйма (такие размеры имеют накопители для ноутбуков) позволяют установить WD Blue в любую, даже не самую новую машину, и заметно повысить ее производительность.
В отличие от SATA и ныне устаревшего стандарта PCI, NVMe является не последовательным, а параллельным интерфейсом: в нем данные могут одновременно передаваться по нескольким каналам (применительно к твердотельным накопителям — по двум или четырем). Для версии протокола 3.0 скорость передачи данных по 4 линиям может достигать 3,94 ГБ/с, поскольку пропускная способность каждой из них составляет 984,6 МБ/с.
Переход на новый стандарт помог в полной мере раскрыть потенциал флэш-памяти. Именно благодаря NVMe свет увидели оптимально сбалансированные по цене и быстродействию WD Blue SN550, производительность которых достигает 2400 МБ/с, и топовые SSD WD Black SN750, ориентированные на тех, кто не терпит компромиссов и нуждается в максимальной скорости: флагманские модели серии демонстрируют 3470 МБ/с в операциях последовательного чтения и 3400 МБ/с при последовательной записи, то есть, используют возможности интерфейса практически на все 100%.
Столь впечатляющие показатели исключают появление фризов, обусловленных длительной загрузкой объектов виртуального мира, в современных AAA-играх, помогают существенно увеличить скорость обработки видео высокой четкости или рендеринга трехмерных сцен, а также позволяют буквально по мановению ока передавать даже самые тяжелые файлы.
Итак, мы выяснили, в чем заключаются принципиальные различия между SATA и NVMe и какие преимущества обеспечивает переход на новый стандарт. Однако на протяжении всей статьи разговор шел исключительно о логических интерфейсах, а ведь твердотельный накопитель еще нужно как-то подключить к ПК. Но какой физический интерфейс используют NVMe SSD и как определить, поддерживается ли он материнской платой? Об этом мы расскажем в следующем материале.
