¿Qué es NVMe? Guía para principiantes sobre el nuevo estándar de la industria del almacenamiento

Hoy en día vivimos en la era de las unidades de estado sólido (SSD, por sus siglas en inglés ), ya que los discos duros mecánicos (HDD, por sus siglas en inglés ) están quedando obsoletos. Una de las principales ventajas de una SSD es que almacena datos en chips de memoria flash incluso cuando no hay suministro eléctrico. Los SSD permiten iniciar el sistema, abrir aplicaciones y transferir datos con gran rapidez.

Desde principios de los 2000, el controlador Serial Advanced Technology Attachment (SATA, por sus siglas en inglés) ha servido para conectar sistemas de almacenamiento con ordenadores a través de controladores host como Advanced Host Controller Interface (AHCI, por sus siglas en inglés). SATA se ha utilizado en muchísimos dispositivos, como portátiles, ordenadores de sobremesa y servidores. Sin embargo, su rendimiento es limitado y pierde eficacia cuando se trata de procesar grandes cantidades de datos.

Una de las soluciones es usar Non-Volatile Memory Express (NVMe), una interfaz de almacenamiento y un protocolo de transferencia que ofrece el mejor rendimiento y los tiempos de respuesta más rápidos gracias al bus Peripheral Component Interconnect Express (PCIe, por sus siglas en inglés). Para utilizar NVMe, los SSD tienen que usar un chip controlador NVMe.

En este artículo veremos cómo funciona NVMe y cuáles son sus características. También compararemos los SSD NVMe con los SSD SATA y analizaremos los cuatro formatos y estándares de NVMe.

¿Cómo funciona NVMe?

Al principio, la interfaz SATA se usaba con sistemas de almacenamiento HDD. Cuando los SSD empezaron a ganar popularidad, se simplificó el proceso de cambiar de HDD a SSD en los entornos informáticos.

Sin embargo, SATA tiene muchas desventajas, como velocidades limitadas y un ancho de banda bajo que dificulta las transferencias de datos de gran tamaño. Además, cada unidad SATA necesita su propio puerto en la placa base, lo que limita la cantidad de dispositivos de almacenamiento que se pueden conectar.

NVMe se introdujo en 2011 para solucionar estas limitaciones. NVMe actúa como una interfaz de almacenamiento y un protocolo que funciona junto con el bus PCIe para leer y escribir rápidamente grandes cantidades de datos.

NVMe permite que las unidades SSD se conecten directamente a la CPU mediante el bus PCIe para transferir datos por carriles de alta velocidad. Un solo carril PCIe de cuarta generación puede transferir hasta 2.000 MB/s de datos, y las unidades SSD NVMe usan hasta cuatro de ellos. En comparación, SATA tiene un solo carril que puede transferir hasta 600 MB/s.

SSD NVMe vs SSD SATA

La interfaz SATA utiliza controladores AHCI, mientras que NVMe se ha diseñado específicamente para los SSD que usan tecnología de almacenamiento flash. Es decir, no solo es más rápido, sino que también está optimizado para ofrecer un mejor rendimiento. Esto se debe a que SATA se comunica primero con el controlador SATA antes de llegar a la CPU, mientras que NVMe conecta el SSD directamente con la CPU, sin intermediarios.

Los controladores AHCI de los SSD SATA solo disponen de una cola con 32 comandos. En cambio, NVMe permite hasta 65.535 colas, con un máximo de 65.536 comandos por cola.

Con NVMe, la CPU gestiona las colas de forma más eficiente gracias al alto rendimiento del procesamiento de E/S (I/O, por sus siglas en inglés Input/Output) mediante señalización doorbell, lo que reduce la carga de la CPU. Menor carga implica menos ciclos de CPU. En comparación, los SSD SATA generan más ciclos de CPU en el procesamiento de E/S.

La tecnología NVMe también reduce la latencia gracias a una ruta de datos más corta y optimizada. Su latencia es de aproximadamente 2,8 microsegundos, mientras que los SSD SATA rondan los 6 microsegundos, casi 3 microsegundos más.

Los SSD NVMe son ideales para cargas de trabajo empresariales, inteligencia artificial, proyectos de aprendizaje automático, analítica en tiempo real, grandes transferencias de datos y entornos DevOps. Se utilizan habitualmente en centros de datos, portátiles de gama alta y ordenadores de sobremesa preconfigurados.

Por su parte, los SSD SATA son más adecuados para tareas ligeras y análisis de datos a pequeña escala, así como para aplicaciones de almacenamiento menos exigentes. Se usan sobre todo en portátiles económicos y servidores básicos.

En cuanto al precio, los SSD NVMe son más caros que los SSD SATA. Actualmente, 1 TB en SSD SATA cuesta entre 100 y 130 dólares, mientras que en SSD NVMe el precio se sitúa entre 129 y 200 dólares.

Aquí tienes una tabla comparativa entre AHCI y NVMe:

Formatos y estándares de NVMe

La tecnología NVMe sigue evolucionando en cuanto a características y especificaciones. Desde su aparición, han surgido cuatro formatos NVMe disponibles en el mercado: U.2, M.2, Tarjeta de expansión (AIC) y Enterprise y Data Center Form Factor (EDSFF).

Los formatos NVMe son compatibles con SSD basados en PCIe, que ya se consideran un estándar del sector.

A continuación, te explicamos cada formato NVMe:

• U.2: estos SSD pueden utilizar las ranuras existentes para SSD SATA en la placa base, pero también pueden usar hasta cuatro carriles PCIe. Los SSD U.2 vienen en tamaños de 2,5 y 3,5 pulgadas. Los discos U.2 están disponibles en varias capacidades de almacenamiento.
• M.2: estos SSD son mucho más pequeños que los U.2. Son unidades NVMe compactas con baja generación de calor. Para usarlos, es necesario que la placa base tenga la ranura correspondiente.
• AIC: los SSD en formato Add-in Card se conectan fácilmente a través del bus PCIe. Esto facilita su uso en entornos comerciales como centros de datos. Algunos incluyen procesadores y chips adicionales para mejorar el rendimiento.
• EDSFF: estas unidades maximizan la capacidad por dispositivo y pueden escalar hasta 30 TB. Se utilizan principalmente en entornos empresariales y centros de datos. Este formato pone especial énfasis en la eficiencia térmica para mantener la temperatura del sistema bajo control.

Conclusión

NVMe es una tecnología revolucionaria que ha superado a su predecesora SATA con un rendimiento notable. Ofrece velocidades de transferencia más rápidas y una menor latencia, además de otras ventajas. Utiliza carriles de datos PCIe para que el dispositivo de almacenamiento pueda comunicarse directamente con la CPU.

Para aprovechar todo el potencial de los SSD NVMe, lo ideal es utilizarlos para la implementación de aplicaciones en tiempo real, analítica de datos, inteligencia artificial y aprendizaje automático.

Hemos repasado los cuatro principales formatos NVMe:

• U.2: estas unidades pueden usar la conexión SATA y hasta cuatro carriles PCIe.
• M.2: unidades compactas que funcionan a baja temperatura, maximizando el rendimiento.
• AIC: un formato NVMe que se presenta en forma de tarjetas de expansión.
• EDSFF: una excelente solución para el almacenamiento de datos empresariales.

Esperamos que este artículo te haya ayudado a entender mejor cómo funciona NVMe y qué ventajas ofrece frente a SATA. Si tienes alguna duda, puedes dejarla en la sección de comentarios.

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