Che cos'è NVMe?

Con tutto il parlare di NVMe che si è fatto negli ultimi mesi, forse alcuni di voi stanno chiedendosi in cosa consista. Non-Volatile Memory Express, o NVMe, è una nuova specifica ottimizzata per le tecnologie di archiviazione NAND Flash. Nel corso di alcuni anni la velocità di CPU e DRAM è aumentata, ma gli hard disk meccanici e l'interfaccia a essi collegata è rimasta stagnante. NVMe è stato progettato per ridurre il gap tra la veloce DRAM e l'archiviazione che raccoglie dati dal sistema.

Diverse aziende sono coinvolge nell'iniziativa NVMe. In questa recensione ci focalizziamo su Intel e il suo SSD 750. Tuttavia l'interfaccia sulla quale funziona questo prodotto è stata co-sviluppata da diverse aziende. Molte di queste hanno già prodotti NVMe in commercio, anche se la maggior parte si rivolgono al settore enterprise.

La tecnologia è già diffusa su diverse piattaforme. La maggior parte dei consumatori userà l'SSD 750 di Intel in Windows (la versione 8.1 integra già i driver nativi NVMe). Abbiamo testato i prodotti NVMe di Intel con driver nativo di Microsoft e il software di Intel e riscontrato nei driver Intel maggiori prestazioni. L'azienda offre anche un driver per Windows 7.

Quando Intel ha introdotto l'architettura Sandy Bridge, le DDR3-1600 rappresentavano lo standard. Oggi Haswell-E con le DDR4 è passato a un transfer rate DRAM mainstream di 2400 MT/s, mentre i kit dedicati agli appassionati operano a 3000 MT/s.

In questo intervallo di tempo le prestazioni degli hard disk sono rimaste tra 150 e 200 MB/s con operazioni sequenziali. Gli SSD che usano il set di comandi AHCI hanno aiutato a chiudere il gap. I limiti del SATA, un'interfaccia progettata per gli hard disk meccanici, hanno tuttavia iniziato a bloccare la crescita di prodotti futuri.

Gli SSD 750 finiscono nella categoria delle schede aggiuntive, anche se Intel offre modelli da 2,5" con connettore SFF-8639. Il controller a 18 canali non è mai stato progettato per essere usato in form factor SATA Express (SATAe) o M.2.

Alcuni appassionati sono rimasti delusi dall'assenza di prodotti SATA Express sul mercato. In questo momento il SATA Express con due linee PCI Express 2.0 (o 1000 MB/s) è già troppo lento per gli SSD di fascia alta. Non saremmo sorpresi che il primo SSD SATA Express sul mercato non fosse affatto un SSD. Western Digital ha già fatto buoni progressi sui dischi ibridi che usano il SATA Express.

Questi form factor sono accompagnati da specifiche che vanno ben oltre i rispettivi connettori. I consumi e la capacità di raffreddamento sono aspetti importanti. Un SSD M.2 che è all'incirca largo, profondo e spesso quanto una gomma non può dissipare lo stesso calore di una scheda PCIe HHHL con un grande dissipatore. L'Intel SSD 750 è attestato a un massimo di 25 watt. Gli SSD M.2 sono limitati a meno di 10 watt.

L'implementazione da 2,5" dell'SSD 750 usa un connettore SFF-8639. Dall'altro capo del cavo c'è un connettore mini-SAS HD che è stato introdotto con i controller RAID SAS 12 Gb/s e HBA per ridurre la dimensione della scheda e aumentare l'integrità del segnale.

Il SATA ha portato le necessarie modifiche per migliorare gli hard disk, ma non è mai stato pensato per la velocità della memoria NAND Flash. Il primo SSD SATA 6 Gbps era già limitato dall'interfaccia con carichi di lavoro sequenziali. NVMe con un collegamento diretto alla CPU tramite il bus PCIe riduce sia la latenza di fisica che quella sottostante la comunicazione.

Il set di comandi riduce la latenza diminuendo la dimensione dei comandi e il numero richiesto per completare un'operazione di I/O. Essenzialmente avete meno dati che vanno avanti e indietro nel backend. Questo libera, allo stesso tempo, bandwidth e overhead della CPU.

Uno degli aspetti più interessanti di NVMe sono i suoi nuovi limiti di queue depth. SATA supporta un comando con 32 queue alla volta. NVMe supporta 64.000 comandi con un massimo di 64.000 queue depth alla volta. Il vostro carico client non si avvicinerà mai a tale soglia, ma le prestazioni in multitasking dovrebbero aumentare da subito.

NVMe supporta comandi da più di un core alla volta e dà priorità alle richieste. Questa è un'altra caratteristica di cui beneficerà il carico di lavoro enterprise più che il settore client.

Per gli utenti client, NVMe significa minore latenza. Questo porta a un'esperienza utente migliore.

Nel corso dell'anno i prodotti consumer NVMe pensati per le piattaforme mobile come gli Ultrabook e persino i tablet favoriranno una maggiore durata della batteria. Le nuove specifiche permettono ai dispositivi di scendere in stati di basso consumo.

NVMe è già alla revisione 1.1, ma il consorzio è già al lavoro per ottimizzare ulteriormente il set di comandi per gli usi futuri.

La memoria non volatile non è limitata alla NAND Flash che abbiamo oggi. NVMe si potrebbe accoppiare ad altre tecnologie di archiviazione. Le memorie NAND 3D staranno con noi per diverse generazioni, ma sono già in fase di sviluppo nuove tecnologie pronte a sostituirle.