Eine bekannte Geschichte. Sobald leistungsstärkere Computer verfügbar sind, die Prozessorleistung steigt und der Speicherplatz zunimmt, atmet der Benutzer erleichtert auf: "Jetzt reicht es für alles, ich muss nicht mehr sparen und kürzertreten". Fast sofort tauchen neue Bedürfnisse auf, die immer mehr Ressourcen beanspruchen, neue Software, die sich auch "nichts versagt". Ein ewiges Problem. Ein endloser Kreislauf. Und die ständige Suche nach neuen Lösungen. Cloud-Speicher, neuronale Netze, künstliche Intelligenz — es ist schwer vorstellbar, welche riesigen Kapazitäten diese Technologien erfordern. Aber lass uns nicht enttäuscht sein, denn für jede Aufgabe findet sich früher oder später eine Lösung.
Eine dieser Lösungen ist das Protokoll NVM-Express, das, wie Experten sagen, eine Revolution in der Nutzung von Flash-Speicher gebracht hat. Was ist also NVMe und welche Vorteile bringt es mit sich?
Die Geschwindigkeit eines Computers hängt maßgeblich von der Lesegeschwindigkeit der Speichermedien und der Verarbeitungsgeschwindigkeit von Befehlen ab. Egal wie leistungsstark das Betriebssystem insgesamt ist, alles kann durch eine herkömmliche Festplatte zunichte gemacht werden, die Programme beim Öffnen verlangsamt oder bei der Ausführung umfangreicher Aufgaben zum "Nachdenken" bringt. Ganz zu schweigen davon, dass HDDs ihr Potenzial zur Steigerung der Speicherkapazität nahezu ausgeschöpft haben und deshalb perspektivlos geworden sind. Auch mechanische Laufwerke sind längst veraltet und bremsen die Entwicklung der Computertechnologie.
Und so kamen SSDs – Solid-State-Laufwerke, nichtflüchtige, mechanikfreie Speichergeräte – als Nachfolger der HDDs. Die ersten SSDs kamen in der zweiten Hälfte der 2000er Jahre auf den Markt. Bald konkurrierten sie bereits in Bezug auf die Speicherkapazität mit Festplatten. Allerdings konnten sie ihr Potenzial und die Vorteile in Bezug auf Geschwindigkeit und parallelen Zugriff auf Zellen lange Zeit nicht vollständig ausschöpfen, da die bestehenden Schnittstellen und Protokolle nach alten Standards entwickelt wurden, die HDDs über SATA- und noch ältere SCSI (SAS)-Schnittstellen unterstützen sollten.
Der nächste Schritt zur Ausschöpfung des Potenzials des nichtflüchtigen Speichers war der Übergang zu PCI-Express-Bussen. Zu diesem Zeitpunkt waren jedoch noch keine neuen industriellen Standards entwickelt worden. Und so wurden 2012 die ersten Computer herausgebracht, die das NVM-Express-Protokoll implementierten.
Es ist sofort darauf hinzuweisen, dass NVMe kein Gerät und auch nicht der Anschluss des Geräts ist. Es handelt sich um ein Protokoll, genauer gesagt um die Spezifikation eines Datenprotokolls.
Daher ist der Begriff "NVMe-Speicher" nicht ganz korrekt, und der Vergleich von "HDD – SSD – NVMe" ist absolut irreführend für Benutzer, die sich gerade mit dem Thema vertrautmachen. Richtig wäre es, HDDs mit SSDs zu vergleichen, die mit SATA-Schnittstellen (über das AHCI-Protokoll) verbunden sind, und SSDs, die über den PCI-Express-Bus mit dem NVM-Express-Protokoll angeschlossen sind. HDDs mit SSDs zu vergleichen, ist wahrscheinlich für die meisten uninteressant. Jeder versteht den Unterschied, und die Vorteile von SSDs sind allgemein bekannt. Es sollten jedoch einige (recht markante) Vorteile hervorgehoben werden. Im Vergleich zu Festplattenlaufwerken haben SSDs eine geringere Größe und Gewicht, sind geräuschlos und das völlige Fehlen mechanischer Komponenten macht sie um ein Vielfaches widerstandsfähiger gegen Beschädigungen (zum Beispiel beim Herunterfallen) und verlängert einfach die Lebensdauer.
Der Vergleich der Möglichkeiten von SSDs mit altem Bus und altem Protokoll im Vergleich zu SSDs auf dem PCIe-Bus mit NVMe-Protokoll ist zweifellos von großem Interesse und wird allen nützlich sein, die sich über Neuheiten informieren möchten, sowie jenen, die einen neuen Computer kaufen wollen, und sogar denen, die beispielsweise den besten Hosting-Anbieter suchen.
Der SATA-Interface wurde, wie bereits erwähnt, für Festplatten entwickelt, deren Kopf physisch nur auf eine Zelle gleichzeitig zugreifen kann. Es ist daher nicht verwunderlich, dass SATA-Geräte nur einen Kanal haben. Für SSDs ist dies schlichtweg unzureichend, da eines ihrer Vorteile die Unterstützung von parallelen Datenströmen ist. Der SSD-Controller verwaltet zudem die anfängliche Positionierung, was ein weiteres erhebliches Plus ist. Der PCI-Express-Bus ermöglicht den Multikanalbetrieb, während das NVMe-Protokoll diesen Vorteil umsetzt. Infolgedessen werden die auf Solid-State-Laufwerken gespeicherten Daten über 65.536 parallele Steuerwarteschlangen übertragen, von denen jede gleichzeitig mehr als 65.536 Befehle enthalten kann. Zum Vergleich: SATA und SCSI können nur eine Warteschlange nutzen, die bis zu 32 beziehungsweise bis zu 254 Befehle unterstützt.
Darüber hinaus erfordern ältere Schnittstellen zur Ausführung jedes Befehls zwei Zugriffe auf den Arbeitsspeicher, während NVMe dies in einem einzigen Zugriff schafft.
Ein weiteres wesentliches Vorteil ist die Bearbeitung von Interrupts. Das NVMe-Protokoll wurde für moderne Plattformen entwickelt, die Multicore-Prozessoren verwenden. Daher bietet es Parallelität bei der Verarbeitung von Datenströmen sowie einen optimierten Mechanismus zur Arbeit mit Warteschlangen und zur Bearbeitung von Interrupts, was ein höheres Leistungsniveau ermöglicht. Mit anderen Worten, wenn ein Befehl mit höherer Priorität auftritt, beginnt seine Ausführung schneller.
Zahlreiche Tests, die von verschiedenen Organisationen und Experten durchgeführt wurden, beweisen, dass die Geschwindigkeit von NVMe-SSDs im Durchschnitt fünfmal höher ist als bei SSDs, die über ältere Schnittstellen angeschlossen sind.
Jetzt zu der Frage, ob NVMe-SSDs, die über PCIe realisiert werden, für alle zugänglich sind. Es geht nicht nur um die Kosten. Der Preis für solche Implementierungen ist derzeit noch deutlich höher, obwohl die Preise für Computerkomponenten, wie bekannt, zu Beginn des Verkaufs hoch sind und tendieren dazu, relativ schnell zu sinken.
Es geht um technische Lösungen, die im professionellen Umfeld als „Formfaktor“bezeichnet werden. Mit anderen Worten, in welcher Form die einzelnen Komponenten von den Herstellern angeboten werden. Aktuell gibt es auf dem Markt drei Formfaktoren.
Erster , darunter der „NVMe SSD“. Er ist eine Erweiterungsplatine und wird in die gleichen Slots gesteckt wie die Grafikkarte. Für Laptops ist er jedoch nicht geeignet. Ebenso wenig für viele Desktop-Computer, da immer mehr von ihnen auf kompakten Motherboards aufgebaut werden, auf denen es meist nur zwei oder sogar einen PCIe-Slot gibt (von dem normalerweise der Grafikkartenanschluss belegt ist).
Der zweite Formfaktor ist U2. Er sieht äußerlich wie eine herkömmliche Festplatte aus, ist jedoch wesentlich kleiner. U2 wird typischerweise in Servern verwendet, weshalb es für den normalen Benutzer wahrscheinlich nicht sinnvoll ist, ihn zu kaufen.
Der dritte ist M2. Dies ist der am schnellsten wachsende Formfaktor. Er wird häufig in Laptops verwendet und seit kurzem auch auf einigen Motherboards für Desktop-PCs angeboten. Beim Kauf eines M2 sollte man jedoch sehr vorsichtig sein, da in diesem Formfaktor nach wie vor auch SATA SSDs hergestellt werden.
Dennoch ist es wichtig, auch bei der Bewertung der Zweckmäßigkeit des Erwerbs einer der genannten Formfaktoren aufmerksam zu sein. Zuerst sollten Sie prüfen, ob Ihr Laptop oder Ihr Mainboard die erforderlichen Slots hat. Und selbst wenn diese vorhanden sind, ist der Prozessor Ihres Computers mächtig genug? Denn ein schwacher Prozessor lässt die Vorteile eines SSDs nicht zur Geltung kommen. Wenn all dies gegeben ist und Sie zudem häufig mit großen Datenmengen arbeiten, ist ein NVMe SSD auf jeden Fall das, was Sie brauchen.
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Quelle: habr.com
