Tradycyjne dyski SSD podłączone przez SATA nie wykorzystują pełnego potencjału pamięci flash, ograniczając szybkość transferu danych. Technologia NVM-e przełamuje te bariery, łącząc się bezpośrednio z procesorem przez magistralę PCI-e umożliwiając równoległe przetwarzanie tysięcy operacji jednocześnie. Dla profesjonalistów pracujących z dużymi plikami czy graczy oczekujących błyskawicznego ładowania różnica w wydajności jest wyraźnie odczuwalna.
Protokół NVMe (ang. Non-Volatile Memory Express) powstał w odpowiedzi na nieustanny wzrost liczby danych. Nowy standard opracowało w 2011 r. konsorcjum dostawców, złożone z takich firm, jak: Intel, Samsung, Sandisk, Dell, Seagate. Opracowali oni technologię która działa poprzez magistralę PCI Express, co z kolei spowodowało, że dyski NVMe działają bardziej jak szybka pamięć (którymi są), niż dyski twarde (które imitują).
Jego największą siłą jest zdolność do równoległego przesyłania danych przy znacznie niższych obciążeniach systemowych na każdą operację I/O. Został stworzony od podstaw z myślą o pamięci flash, a nie zaadaptowany z technologii przeznaczonych dla tradycyjnych dysków twardych. Wcześniej dyski SSD musiały korzystać z interfejsów SATA czy SAS – rozwiązań pierwotnie opracowanych dla obrotowych dysków HDD. To znacząco ograniczało ich prawdziwy potencjał.
Standard NVM-e wprowadza także istotne uproszczenie na poziomie sterowników. Wszystkie dyski wykorzystujące ten protokół wymagają jedynie uniwersalnego sterownika – podobnie jak urządzenia USB. To eleganckie rozwiązanie nie tylko ułatwia instalację, ale również znacząco zwiększa kompatybilność i stabilność całego systemu.
W praktyce NVM-e wykorzystuje szybkie linie PCI-e, z których każda oferuje przepustowość sięgającą 1 GB/s. Większość współczesnych komputerów obsługuje nawet 16 takich linii jednocześnie. Rezultat? Ogromny potencjał transferu danych. Dyski NVM-e potrafią przenosić nawet 25 razy więcej danych niż urządzenia ograniczone do interfejsu SATA.
Technologia NVMe zapewnia:
znacznie mniejsze opóźnienia przy przetwarzaniu poleceń zapisu i odczytu – w przypadku dysków NVMe odczytywanie i zapisywanie danych po dotarciu do nich poleceń zapisu lub odczytu zajmuje około 0,03 ms, dla porównania: w przypadku dysków HDD wynosi to 13 ms, natomiast w przypadku innych dysków SSD - około 0,15 ms;
rozbudowane kolejkowanie do jednocześnie 64 tys. zapytań, dzięki czemu można wykonać większą liczbę operacji na sekundę (IOPS), przy mniejszym użyciu procesora;
możliwość wykonywania jednocześnie wielu zapisów danych w komórkach pamięci pochodzących z jednej kolejki – dysk NVMe przeznaczony jest do zadań związanych z ogromną ilością zapisów, takich jak np. obsługa baz danych;
zużycie mniejszej ilości energii – zarówno w trybie gotowości, jak i trybie czuwania; większą energooszczędność w porównaniu do dysków HDD i SSD SATA osiągnięto dzięki zmniejszeniu liczby napędów; dysk przechodzi w tryb energooszczędny automatycznie;
równoległość działania pamięci – dzięki temu dysk może wykonywać większą liczbę operacji w tym samym czasie;
wykonywanie większej ilości operacji typu IOPS (wejście-wyjście) na sekundę niż w dyskach SATA – ma to duże znaczenie przy wydajności dysku.
Technologia NVM-e wprowadza szereg istotnych korzyści, które znacznie przewyższają możliwości starszych rozwiązań. Przede wszystkim oferuje imponującą szybkość transferu danych, wykorzystując pełny potencjał magistrali PCI-e. Dzięki bezpośredniemu połączeniu z procesorem NVMe eliminuje wąskie gardła występujące w tradycyjnych interfejsach. Rezultat? Błyskawiczna wymiana informacji między dyskiem a systemem.
Ważną zaletą NVM-e jest możliwość kolejkowania aż do 64 tysięcy zapytań procesora jednocześnie. W praktyce oznacza to, że dysk może obsługiwać znacznie więcej równoległych operacji niż tradycyjne rozwiązania – szczególnie istotne przy intensywnym wielozadaniowym użytkowaniu komputera. Dodatkowo NVMe umożliwia jednoczesne wykonywanie wielu procesów zapisu i odczytu danych, eliminując opóźnienia występujące w starszych technologiach.
Kolejną zaletą jest znaczący wzrost liczby operacji wejścia/wyjścia na sekundę (IOPS) w porównaniu do dysków z protokołem AHCI. Przekłada się to na niemal natychmiastową reakcję systemu na żądania użytkownika – niezależnie od liczby uruchomionych aplikacji.
NVM-e efektywnie wykorzystuje zalety gniazd PCI-e, a jego polecenia są przetwarzane znacznie szybciej niż w technologii AHCI. W połączeniu z dużo wyższą przepustowością w stosunku do SATA zapewnia to niespotykaną dotąd wydajność. Wszystkie te zalety przekładają się na realne korzyści: od błyskawicznego uruchamiania systemu, przez szybsze ładowanie aplikacji, aż po płynniejszą pracę z wymagającymi programami.
Dyski NVM-e znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach, gdzie kluczowa jest szybkość przetwarzania danych. Korzyści z tej technologii czerpią zwłaszcza:
Profesjonaliści i twórcy treści – montażyści wideo, graficy, fotografowie i producenci muzyczni, dla których błyskawiczny dostęp do dużych plików skraca czas pracy.
Gracze – dzięki krótszym czasom ładowania poziomów i instalacji gier oraz płynniejszemu streamowaniu.
Programiści – pracujący z rozbudowanymi środowiskami, kompilujący kod i używający maszyn wirtualnych.
W sektorze biznesowym dyski NVM-e sprawdzają się doskonale w przedsiębiorstwach wymagających szybkiej komunikacji między procesorem a bazą danych. Serwery obsługujące transakcje online, systemy analityczne przetwarzające duże zbiory danych, infrastruktura wirtualizacyjna – wszędzie tam NVM-e zapewnia przewagę wydajnościową.
Warto pamiętać: choć dyski NVM-e często wykorzystują złącze M.2, nie każdy dysk w tym formacie jest dyskiem NVM-e. Do instalacji wymagane jest kompatybilne gniazdo na płycie głównej. Dla starszych urządzeń bez takiego wsparcia dostępne są zewnętrzne obudowy, pozwalające podłączyć dysk NVM-e przez USB lub Thunderbolt.
Różnica między technologiami NVM-e i SATA dotyczy zarówno architektury, jak i osiąganych parametrów. SATA wykorzystuje sterowniki AHCI (Advanced Host Controller Interfejs), które zostały zaprojektowane z myślą o tradycyjnych dyskach HDD z obracającymi się talerzami. To rozwiązanie, choć sprawdzone, nie było optymalizowane pod kątem nowoczesnych pamięci flash.
NVM-e natomiast stanowi najbardziej zaawansowaną technologię współczesnych technologii pamięci masowej, posiadając własny sterownik stworzony specjalnie dla dysków SSD. Ta specjalizacja ma kluczowe znaczenie dla wydajności. Podczas gdy sterownik AHCI musi komunikować się z kontrolerem SATA – wprowadzając dodatkowe opóźnienia – sterownik NVM-e łączy się bezpośrednio z procesorem systemu, eliminując zbędnych pośredników.
Magistrala PCI-e wykorzystywana przez NVM-e oferuje wielokrotnie wyższą przepustowość niż standard SATA. Różnica jest widoczna także w liczbie operacji na sekundę (IOPS): interfejs SATA obsługuje do 100 tysięcy IOPS, podczas gdy NVM-e z łatwością przekracza milion.
Różnicę można porównać do transportu: SATA to niezawodny samochód osobowy, a NVM-e to samolot odrzutowy – każdy zaprojektowany do innych celów i osiągający zupełnie inne prędkości. Różnica jest szczególnie odczuwalna przy intensywnych operacjach na danych, takich jak edycja wideo w wysokiej rozdzielczości czy praca z dużymi bazami danych.
Warto zaznaczyć: choć dyski NVM-e są znacznie szybsze, w niektórych zastosowaniach domowych różnica może nie być aż tak odczuwalna. Dla przeciętnego użytkownika przeglądającego internet czy pracującego z dokumentami przesiadka z dobrego dysku SATA SSD na NVM-e nie zawsze przyniesie znaczącą różnicę. Jednak dla profesjonalistów i entuzjastów technologia NVM-e otwiera zupełnie nowe możliwości.
Dyski NVM-e dostępne są w kilku różnych formatach fizycznych, co pozwala na ich zastosowanie w różnorodnych urządzeniach i konfiguracjach. Każdy z tych formatów wykorzystuje ten sam protokół NVM-e i interfejs PCI-e, ale różni się sposobem montażu i przeznaczeniem.
Najpopularniejsze formaty dysków NVM-e to:
Karty rozszerzeń PCI Express (PCIE NVMe) – instalowane bezpośrednio w złączu PCI-e na płycie głównej. Zapewniają doskonałą wydajność i często są wyposażone w radiatory dla lepszego chłodzenia. Popularne wśród entuzjastów i w zastosowaniach profesjonalnych.
M.2 (M.2 NVMe) – kompaktowe moduły podłączane do dedykowanych gniazd na płycie głównej. To obecnie standard w nowoczesnych laptopach i komputerach stacjonarnych. Należy pamiętać, że nie wszystkie dyski M.2 to dyski NVM-e (niektóre używają wolniejszego interfejsu SATA).
U.2. (U.2 NVMe) – format 2,5-calowy, popularny w serwerach i stacjach roboczych. Umożliwia łatwą modernizację istniejących systemów, ponieważ jest kompatybilny z obudowami dla dysków SATA/SAS.
Wybór formatu zależy od zastosowania i kompatybilności sprzętowej. W komputerach osobistych dominuje format M.2. W środowiskach korporacyjnych częściej stosuje się format U.2 z dodatkowymi funkcjami, takimi jak hot-swap.
Ważne jest, że w przypadku tych trzech formatów dysk łączy się bezpośrednio z płytą główną za pośrednictwem złącza PCIe, a nie SATA. Dzięki temu, że technologia NVMe łączy się bezpośrednio z procesorem, są one również – niezależnie od formatu – kompatybilne z większością systemów operacyjnych. Większość modeli komputerów, które powstały w ciągu ostatnich kilku lat, wspiera dyski SSD NVMe.
Dyski NVM-e są szeroko kompatybilne z nowoczesnymi systemami komputerowymi. Większość komputerów i laptopów wyprodukowanych w ostatnich latach natywnie obsługuje tę technologię, łącząc się z procesorem bezpośrednio przez magistralę PCI-e.
Pod względem systemów operacyjnych, dyski NVM-e są natywnie wspierane przez:
Windows 10 i 11
macos (od wersji 10.13 High Sierra)
Linux (od jądra 3.3)
FreeBSD i inne systemy uniksopodobne
Warto jednak pamiętać o kilku kwestiach związanych z kompatybilnością. Starsze płyty główne mogą nie posiadać dedykowanych złączy M.2 dla dysków NVM-e. W takim przypadku możesz wykorzystać adapter PCI-e, który pozwoli na instalację dysku NVM-e w standardowym slocie rozszerzeń. Niektóre starsze komputery mogą również wymagać aktualizacji BIOS-u, aby w pełni obsługiwać dyski NVM-e jako urządzenia startowe.
Przy wyborze dysku NVM-e warto zwrócić uwagę na generację interfejsu PCI-e, którą obsługuje Twój komputer. Dyski PCI-e 4.0 będą działać w komputerach ze złączami PCI-e 3.0, ale nie osiągną pełnej wydajności. Podobnie dyski PCI-e 5.0 są wstecznie kompatybilne z PCI-e 4.0 i 3.0, lecz będą ograniczone do przepustowości starszego standardu.
Dla użytkowników planujących modernizację starszego systemu, dyski NVM-e stanowią skuteczny sposób na znaczące zwiększenie wydajności bez konieczności wymiany całego komputera. Wystarczy sprawdzić, czy płyta główna posiada odpowiednie złącze lub możliwość instalacji adaptera PCI-e.
