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Todo lo que necesita saber sobre NVMe

Diseñado para las SSDs, este nuevo estándar de datos permite que el almacenamiento basado en memoria tome vuelo. Pero no es para el usuario promedio todavía.

[30/04/2015] Mientras que las SSDs se vuelven más comunes, también oirá más sobre el estándar Non-Volatile Memory Express, conocido como NVM Express, o más comúnmente, NVMe. NVMe es una interfaz/protocolo de comunicaciones desarrollado especialmente para las SSDs por un consorcio de proveedores entre los que se incluyen Intel, Samsung, Sandisk, Dell, y Seagate.

Como SCSI y SATA, NVMe está diseñado para aprovechar las propiedades únicas de almacenamientos de amplia gama, de acceso aleatorio y basado en memoria. La especificación también refleja mejoras en los métodos para disminuir la latencia de datos desde que se introdujeron SATA y AHCI.

Los avances incluyen requerir un único mensaje para transferencias de 4KB en lugar de dos, y la capacidad de procesar múltiples colas en lugar de una sola. Por múltiple, me refiero a 65.536 de ellas. Eso va a acelerar muchísimo las cosas para los servidores que procesen una gran cantidad de solicitudes de E/S simultáneas, aunque va a ser de menos beneficios para las PCs de consumo.

NVMe: Construido para SSDs

Si usted ha leído nuestra cobertura SSD en el último par de años, no debería ser noticia que el almacenamiento de estado sólido se ha topado con un obstáculo importante: buses de almacenamiento legacy. Serial ATA y Serial Attached SCSI (SAS) ofrecen mucho ancho de banda para unidades de disco duro, pero para las SSDs cada vez más rápidas, se han quedado sin vapor.

XS1715 NVMe, Samsung
La unidad XS1715 NVMe de Samsung dirigida a los clientes de las empresas, va a acumular hasta 3,2TB de NAND apilado.

Debido al techo de SATA de 600GBps, casi cualquier alto vuelo SATA SSD obtendrá lo mismo en nuestra prueba estos días -alrededor de 500Mbps. Incluso un rendimiento de 12Gbps SAS SSD se detiene alrededor de 1,5Gbps. La tecnología SSD es capaz de mucho más.

La industria sabía que este impase venía, desde el primer momento. Las SSDs tienen mucho más en común con la rápida memoria del sistema que con los lentos discos duros que emulan. Simplemente era más conveniente utilizar la infraestructura de almacenamiento de PC existente, poniendo a las SSDs en SATA y SAS relativamente lentos (en comparación con la memoria). Durante mucho tiempo estuvo bien, ya que les tomó un tiempo a las SSDs escalar. Pero, esos días han quedado atrás.

Aprovechando la tecnología existente

Afortunadamente, una adecuada tecnología de bus de alto ancho de banda ya está en su lugar -PCI Express o PCIe. PCIe es la capa de transporte de datos subyacente para gráficos y otras tarjetas de expansión, así como Thunderbolt. (Gen 2) ofrece aproximadamente 500Mbps por línea, y la versión 3.x (Gen 3), alrededor de 985MBps por línea. Ponga una tarjeta en una ranura x4 (cuatro líneas) y tendrá 2Gbps de ancho de banda con Gen 2 y casi 4GBps con Gen 3. Eso es una gran mejora, y en este último caso, una conexión lo suficientemente amplia como para las SSDs más rápidas de hoy en día.

Las soluciones de tarjetas de expansión PCIe como RevoDrive de OCZ, HyperX Predator M.2 / PCIe de Kingston, M6E de Plextor y otras han estado disponibles desde hace algún tiempo, pero hasta la fecha, se han basado en el SCSI o los protocolos SATA con sus metodologías rígidas de disco duro. Obviamente se requería un nuevo enfoque.

Los drivers en su lugar, la BIOS y conectores -no

Una de las mejores cosas de NVM Express es que no tiene que preocuparse por que los drivers aparezcan. Linux ha tenido soporte de NVMe desde el kernel 3.1; Windows 8.1 y Server 2012 R2 incluyen ambos un driver nativo; y hay un driver de FreeBSD en camino. Cuando Apple decida soportar NVMe, esta última deberá facilitar al puerto.

Sin embargo, se carece del apoyo de la BIOS. Sin una BIOS consciente del NVMe, no puede arrancar desde una unidad NVMe, aunque cualquier persona con una ranura PCIe x4 o conector M.2 puede beneficiarse de emplear una unidad NVMe como almacenamiento secundario. Una BIOS NVMe no es un obstáculo técnico difícil, pero sí requiere de horas de ingeniería y dinero, así que es poco probable que se extienda muy atrás.

Igual de desalentador para los primeros adoptantes es el enigma de la conexión. Desde el principio, verá un montón de tarjetas de expansión de unidades NVMe que utilizan ranuras Gen 3 PCIe. Esto se debe a que todos las SSDs NVMe de 2,5 pulgadas utilizan el nuevo conector SFF-8639 (Small Form Factor) que ha sido especialmente desarrollado para NVMe y SATA Express, pero actualmente se encuentra solo en servidores de gama alta. Una conexión SFF-8639 cuenta con cuatro líneas PCIe Gen 3, dos puertos SATA, además de canales de banda lateral y tanto en potencia de 3,3 voltios como de 12 voltios.

Hay adaptadores y cables que le permiten conectar una SSDs NVMe de 2,5 pulgadas a M.2, pero como M.2 carece de una línea de 12 voltios, los adaptadores extraen jugo de un conector de alimentación SATA estándar. El problema real con M.2 es que en sistemas Intel se implementa generalmente detrás de la PCH (Plataform Controller Hub), que cuenta solo con Gen 2 PCIe. Eso es porque la PCH se encuentra detrás de la DMI (Direct Memory Interface), que está limitada a 2GBps. Puede ver el problema.

Tenga en cuenta que NVMe a través de M.2 no es 3,3 veces más rápido que SATA. Pero si está pagando su costo, va a querer que su SSD rinda al máximo. Al menos yo querría eso. Eso significa una unidad de tarjeta de expansión hasta que aparezcan los conectores SFF-8639 en las PC de consumo.

El panorama actual

Los entusiastas querrán mirar profundamente al 750 de Intel. Las más recientes placas base de gama alta de Intel recibirán actualizaciones de firmware para soportar NVMe para que puedan arrancar desde esta unidad. La mayoría de las placas principales legacy probablemente no lo harán. Pero nuestras conversaciones con Intel y otros fabricantes indican que las compuertas se han abierto, y se debería estar viendo un torrente de soporte a NVMe más adelante en el año.

La 750-series SSD de Intel es probablemente la primera unidad NVMe que está al alcance de la mayoría de los consumidores.
Intel SSD 750

Hasta entonces, hay maneras viables alrededor del cuello de botella de almacenamiento de su PC, si es que se considera que 500MBps es un cuello de botella. Uno es RAID 0. Mientras que un solo puerto SATA se limita a 600GBps, combinar cuatro genera un ancho de banda de 2.4GBps. En la vida real, el bus DMI detrás de SATA lo reduce a 2Gbps, y los gastos generales de SATA/RAID lo reducen hasta 1.4GBps, pero aun así es una mejora considerable.

Una segunda opción es la SSD PCIe M.2, así como la M6E, de Plextor, y la SSD HyperX Predator de Kingston. La mayoría de las unidades PCIe M.2 también están disponibles en tarjetas de adaptador de bajo costo que permiten ser usadas en las ranuras PCIe si su placa base no tiene un conector M.2. No son baratas, pero la introducción del relativamente asequible 750 de Intel obligará a bajar los precios.

Eso es lo que puede hacer por ahora. Pero según casi todos los proveedores con los que hemos hablado, puede esperar a ver que NVMe llegará al mercado a escala a finales de este año. Simplemente es una mejora demasiado grande.