NVMe, conheça a tecnologia que torna os SSDs mais rápidos

NVMe é a sigla para Non-Volatile Memory Express, que nada mais é do que um tipo de protocolo que permite a comunicação entre computadores e servidores equipados com SSDs (discos rígidos de estado sólido) por meio de um conector PCI Express.

Apoiado por um consórcio mundial, essa tecnologia é conhecida por oferecer grandes vantagens em termos de desempenho, durabilidade e maior capacidade se comparado a outras soluções disponíveis no mercado.

A partir desta forma inovadora de armazenar os seus dados, você poderá ter acesso às informações em um curto período sem comprometer o funcionamento do dispositivo.

Como surgiu o NVMe?

O NVMe foi projetado para melhorar a interação entre servidores, computadores, storages, unidades de armazenamento e outros dispositivos que utilizam discos rígidos flash (SSD). Isso resulta em um desempenho superior em comparação aos padrões antigos.

Conectores do tipo SATA e SAS podem ser encontrados em computadores e sistemas de armazenamento, onde são responsáveis por ligar dispositivos rígidos (HDs) e memórias SSD ao sistema.

Entretanto, se comparados, o NVMe permite desempenhos mais rápidos do que os padrões anteriores, especialmente quanto à largura de banda da conexão. Assim, tanto organizações corporativas quanto gamers podem se beneficiar da extrema velocidade oferecida por ela nas operações cotidianas.

Vale destacar que esses padrões foram criados antes da disponibilidade de memórias SSD de alta performance para uso corporativo. Já com o avanço do mercado de memórias, ele ganhou importância, principalmente por oferecer baixa latência, escalabilidade e alto desempenho.

A popularidade da tecnologia

A tecnologia NVMe pode ser encontrada em sistemas All Flash Array de alta performance e servidores corporativos. Não à toa, empresas como a Dell, Samsung e HP são algumas das que fazem parte do consórcio responsável pelo seu desenvolvimento e promoção.

No geral, este padrão é responsável por conectar uma ampla variedade de formatos de memórias SSDs, como M.2, U.2, AIC, entre outros. Isso é possível através do barramento PCIe a sistemas de armazenamento, servidores ou storages.

Embora as conexões SATA e SAS possam oferecer um desempenho melhor e mais rápido, ele ainda não está acessível ao consumidor médio, que ainda não pode pagar pelo preço.

Adoção do padrão NVMe

Empresas de tecnologia, clientes corporativos e data centers estão entre os principais usuários que utilizam sistemas de armazenamento e servidores com memórias SSDs implementadas com o NVMe.

Facebook, Google, Amazon, Samsung e Microsoft são algumas das empresas que fazem uso destes sistemas para oferecer serviços de alta velocidade para diversos clientes, ao redor do mundo, todos os dias.

Desta forma, ele é crucial para a infraestrutura de armazenamento atual de grandes data centers. Entretanto, é preciso destacar que um storage all flash equipado com NVMe ainda está fora de alcance para pequenas e médias empresas, que não podem arcar com os custos.

Portanto, memórias SSDs com conexão SATA encontradas em storages domésticos, provavelmente, serão substituídas pelo novo padrão, já que ele é menor, mais veloz e confiável.

Diferença entre barramento PCIe e NVMe

Tanto o NVMe quanto o conector PCIe podem ser considerados duas faces da mesma moeda. Entretanto, apesar de estarem intimamente ligadas, são coisas completamente distintas.

O barramento PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) é uma interface física que permite a conexão de dispositivos como placas de vídeo, SSDs e outros componentes com o computador.

Já a tecnologia NVMe é um protocolo de comunicação que define as normas para a comunicação entre a memória e o host (computador ou sistema), sendo projetada especificamente para memórias flash, a fim de aprimorar o desempenho em comparação com os padrões SATA antigos. Diversos usuários a consideram como hardware, entretanto, trata-se mais especificamente de um protocolo.

Portanto, o barramento PCIe é a interface física para a conexão de dispositivos, enquanto a tecnologia NVMe é o protocolo de comunicação entre a memória e o host.

Por que os discos rígidos não podem usar NVMe?

O acrônimo NVMe, na verdade, significa Non-Volatile Memory Express e trata-se de uma tecnologia com o intuito de aproveitar o desempenho das memórias não voláteis.

Servidores, computadores, entre outros sistemas de armazenamento equipados com HDs, só podem ler ou gravar apenas um dado por vez.

Isso ocorre, pois, um hard disk é um conjunto complexo de partes móveis com cabeças de leitura móveis e pratos giratórios, o que significa que para escrever alguma informação, ele precisará se deslocar até o local físico correto para realizar o procedimento.

Já as memórias flash NAND ou demais dispositivos não voláteis, como os SSDs, por exemplo, por não possuírem partes móveis, possibilita que o sistema leia dados de diversos lugares simultaneamente, aproveitando o paralelismo oferecido pela tecnologia ao contrário dos HDDs.

O Non-Volatile Memory Express substituirá os SSD SATA?

Apesar de não se tratar de algo tão recente, os SSDs SATA oferecem alto desempenho para as tarefas rotineiras e ainda são uma novidade no mercado para grande parte dos consumidores domésticos.

Além disso, considerando que as organizações de semicondutores investiram alto para oferecer SSDs SATA para computadores de uso pessoal, até o momento, nada sinaliza que ela deixará de existir em um futuro próximo.

Também é importante destacar que sistemas equipados com SSD ou HD custam bem menos do que as opções mais modernas, e também, oferecem mais espaço de armazenamento por um preço mais acessível.

Além disso, corporações que possuem data centers dedicados a atender uma grande quantidade de usuários simultaneamente, enfrentam baixo desempenho dos discos rígidos e de seus sistemas equipados com SSD SATA, na maioria das vezes não podem esperar para investir em um storage all flash com NVMe.

Portanto, pode-se dizer que apesar de muito promissora, não há nenhum indicativo que ela substituirá os SSD SATA, ao menos não por enquanto!

Como as redes SAN se beneficiam com o NVMe?

Uma das características do Non-Volatile Memory Express é fornecer uma velocidade de transferência muito mais rápida do que as conexões SATA e SAS, tornando-as uma solução atraente para redes SAN, que são responsáveis por gerenciar e compartilhar arquivos entre vários servidores e dispositivos de armazenamento.

Com a evolução e o surgimento desta nova tecnologia, as SAN estão migrando para arquiteturas baseadas em NVMe-oF (NVMe over Fabrics), o que permite a conexão dos dispositivos com a rede, oferecendo uma melhor escalabilidade e gerenciamento de dados, além de desempenho mais rápido e confiável.

Além disso, as SAN baseadas em NVMe-oF são compatíveis com a maioria das plataformas de nuvem e ambientes virtuais, o que torna a integração mais fácil e descomplicada.

Portanto, ao combiná-las, as informações são transmitidos diretamente do processador para a memória, sem a necessidade de passar por outras camadas de software ou hardware, resultando em uma performance muito mais rápida e eficiente.

Diferença entre um sistema all flash NVMe e storage SSD

Até recentemente, os sistemas de armazenamento baseados em memórias SSD eram tratados como sistemas all flash. No entanto, estes sistemas foram desenvolvidos para memórias flash, visando acelerar o seu desempenho de diferentes maneiras.

Uma delas é conectar o SSD diretamente ao processador do computador através do barramento PCIe na CPU do sistema. Tal conexão elimina etapas cruciais para os SDDs SATA. Isso significa maior performance, alto desempenho e um sistema mais simplificado.

A tecnologia Non-Volatile Memory Express também apresenta uma implementação mais avançada do paralelismo, o que resulta em largura de banda ampliada, desempenho superior dos sistemas e menor consumo de energia em comparação com as tecnologias anteriores.

Além disso, ao transmitir dados de um sistema de armazenamento para um host, eles são direcionados para uma fila de entrada. A conexão SATA (padrão AHCI) suporta apenas uma fila e até 32 entradas por vez, enquanto o NVMe é capaz de suportar até 65.535 filas, cada uma com até 65.535 entradas ao mesmo tempo.

Em conclusão, a evolução dos sistemas de armazenamento baseados em memórias SSD trouxe ao mercado o NVMe, que apresenta vantagens em relação aos sistemas all flash tradicionais.

Sistemas de armazenamento híbridos têm essa limitação?

Matrizes de armazenamento híbrido, são sistemas que combinam discos rígidos e memórias e possuem recursos que bloqueiam a conexão entre o armazenamento SATA/SAS e a CPU do sistema.

Este procedimento resulta no aumento do desempenho, tornando a recuperação de arquivos mais rápida do que os disk storages convencionais.

Sistemas de armazenamento híbridos podem ter limitações dependendo de como são implementados e projetados.

Por exemplo, a combinação de discos rígidos e memórias flash pode resultar em uma velocidade de acesso mais rápida aos dados, mas também pode haver limitações na quantidade de arquivos que podem ser armazenados em cache ou na performance global do sistema.

Além disso, o armazenamento em camadas (tiering) pode ser limitado pelo hardware ou software utilizado, podendo impactar a performance geral do sistema, dependendo das especificações do hardware e do software.

Recursos como o tiering e cache para dados frequentemente acessados contribuem para o aprimoramento do desempenho em sistemas, incluindo servidores e storages menos robustos e mais baratos.

Qual é o futuro dos sistemas de armazenamento de dados e como isso nos afetará?

Há um grande equívoco quando se pensa que os dispositivos de armazenamento de dados estão com os dias contados.

Na indústria, várias empresas competem para oferecer serviços cada vez mais avançados, com mais capacidade de armazenamento e a preços cada vez mais acessíveis.

Assim, embora o declínio dos discos rígidos tenha sido previsto inúmeras vezes, o mercado ainda evolui constantemente. Afinal, ele é cada vez mais importante em uma era em que a quantidade de informações produzidas é crescente.

Além disso, a evolução tecnológica também permite a criação de soluções mais eficientes e confiáveis, além de acessíveis a um público cada vez mais amplo.

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