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NVMe与SATA:您需要哪个NAND存储?

发布时间:2019/10/22 要闻 浏览次数:727

 
本文是技术洞察力系列的一部分,借助英特尔的资助得以实现。
NAND闪存介质固态驱动器(SSD)已在客户端系统中大量取代了硬盘驱动器(HDD),并继续深入服务器领域。因此,问题越来越少,“我应该部署SSD吗?”,而越来越多,“什么样?”
非易失性内存Express(NVMe)似乎是SATA / SAS的明显后继产品。然而,推出几年后,NVMe在某些企业领域以外的市场份额仍然很弱。让我们探讨一下为什么以及最终是否适合您的组织的NVMe。
如果有人说“您应该升级存储,因为速度越快越好”,那么可能会想到两件事。
首先,是的,更快总是更好。更快意味着可以在更短的时间内完成更多的工作,这可能意味着更高的投资回报率。对于工作站和服务器,尤其如此。它们可能会使用很长时间,并且往往需要更高的工作量,这些工作量可能会受益于更快的处理程序,例如人工智能(AI)培训和财务交易处理程序。
但是,现在您的大脑务实的一面说:“我做的很好。没有人抱怨投资回报率。我不需要更快。”
您可以从标题中了解到,我们将比较传统的串行ATA(SATA)及其面向企业的表亲,串行SCSI(SAS)的较新技术。请记住,我们的重点是协议,控制系统如何与存储设备通信的规则,而不是物理连接器。因此,即使您听到“ SATA”的声音,您通常会想到插头和端口,但在本次讨论中,存储协议仍然很重要。
我说NVMe更快会破坏一切吗?不,因为那不是重点。重点是对组织的价值。
对话始于速度,但不会就此结束。
一些快速的SATA / SAS历史记录
在这里忍受:进行比较时,上下文很重要。
在SATA / SAS之前,针对消费者和企业的计算机存储通常使用并行ATA(PATA,或仅ATA)接口。当PATA于1986年首次亮相时,它具有40针宽连接器和最大8.3 MB / s的比特率。经过数年和几代人的迭代,PATA的性能已扩展到100 MB / s,甚至是Ultra ATA / 133的133 MB / s。然而,SATA于2000年发布,到2003年上架之时,市场对它的争夺已步入正轨。
SATA首次亮相时具有15%到19%的性能优势,非常值得10美元的价格溢价。借助更小的物理连接器,对热插拔的本地支持,更高的效率以及更高的性能扩展路径,SATA仅用了五年时间就几乎完全取代了PAT。到2008年,最新的SATA版本是3.0,可提供600 MB / s或6 GB / s的接口速度。第三代产品经过几次迭代后增加了功能,但似乎不太可能实现12 GB / s的速度,尤其是在NVMe进入市场之后。
不过,在此之前,请先暂停一下2004年前后的过渡点。SATA的优势包括:
简化设计
更高的性能可扩展性
启动时表现更高
价格几乎相等
历史会重复吗?
因此,考虑到这些SATA属性,让我们看一下NVMe。
设计更简单。从物理上讲,SSD现在通常符合2.5英寸,附加卡或M.2尺寸规格,后者要紧凑得多,但容量却较小。这很重要,因为SATA和NVMe是协议,对吗?这与链接设备的外形和物理连接不同。 (是的,直到最近,“ SATA驱动器”是指使用SATA协议和SATA连接器进行数据和电源供电的驱动器。但是NVMe的兴起迫使人们将外形与协议区别开来。此外,SATA端口还在许多主板通过SATA总线连接到芯片组。这是与M.2设备使用的PCI Express链路完全不同的总线。)
当我们谈论SSD的M.2尺寸时,驱动器可能是SATA或NVMe,具体取决于它使用的协议。而且,重要的是,NVMe是基于闪存的设备的更有效协议。 NVMe缺少PATA时代带来的大量开销和复杂性,这有助于其速度优势。因此,可以说NVMe确实具有更大的设计简便性。
更高的性能可扩展性。没问题如前所述,SATA将以600 MB / s的速度达到最高速度。相比之下,即使是单个PCI Express 3.0通道也可提供984.6 MB / s的原始数据速率,许多新主板上的4.0代通道也将其倍增至1969 MB / s。 5.0世代很快将再增加一倍。请记住,PCIe SSD通常使用四个PCIe通道。鉴于SATA驱动器从未在PCI Express外形上变得流行,并且SATA受其当前协议限制的束缚,可以说NVMe将证明具有更高的可扩展性。
启动时性能更高。这就是事情变得晦暗的地方。 NVMe于2015年发布时的评论表明,PCIe比SATA接口要快,但NVMe不一定比当时的SATA协议的现代演进AHCI快。人们了解到,SATA再也不会被视为“高端”产品,但是迫切需要采用NVMe。但是,时间表明,PCIe驱动器倾向于包含NVMe,因此这一点已被忽略。不过,NVMe的帆在发射时的协议之间缺乏昼夜性能差异,这使它有些困难。
定价几乎相等。在SATA和NVMe驱动器上找到苹果之间的比较可能具有挑战性。出于我们在这里的目的,我转向CDW,并于[2019年10月中旬]抢购了两个Intel M.2 SSD的价格。 256GB英特尔SSD 545s SATA驱动器的售价为73.99美元,或0.29美元/ GB。 256GB英特尔SSD 760p NVMe驱动器的售价为81.99美元或0.32 / GB。因此,我们谈论的是SATA与NVMe之间的价格差异为11%。当然,如果NVMe驱动器的速度更快,那么用户应该期望支付一定的费用。高容量时价格差距会扩大,但还算不错。
NVMe意味着生意
到现在为止,我们已经对SATA与NVMe的主张进行了广泛的探讨,也许有些消费者层面的偏见。您可能会认为SATA可以再使用几年。在家庭和低负荷的工作系统中可能确实如此,但是NVMe在各种商业环境中确实出类拔萃。
一方面,在工作上,时间就是金钱。花费几分钟时间等待系统加载项目,处理大数据负载或将工作导出为具有唯一参数的给定格式的任何人都知道存储速度至关重要。从硬盘到SSD的过程中我们已经看到了这一点,现在从SATA / SAS到PCIe / NVMe的迁移中又看到了这一点。随着数据负载越来越大,NVMe驱动器不断发展,性能差异将变得越来越明显,从而扩大了性能和与SATA / SAS的业务价值差距。
性能讨论的另一个方面取决于命令排队。应用程序向驱动器发送命令的速度可能比其处理命令的速度快。为了防止软件停滞不前,以便驱动器能够赶上来,命令队列有助于管理数据请求。 AHCI可容纳32个待处理命令,但NVMe可提供64,000个队列,每个队列最多可容纳64,000个命令。特别是对于并行发送许多存储请求的应用程序,NVMe可以显着提高性能。
从总拥有成本(TCO)角度来看,NVMe处理数据的方式与SATA不同。 NVMe可以将数据划分为流,从而允许将数据同时写入相同的NAND块。这样可以最大程度地减少垃圾收集的需求,并减少写放大。最终结果是减少了驱动器的磨损,因此,在所有其他条件相同的情况下,NVMe驱动器的使用寿命更长。
选择性能?
这对运行日历应用程序并键入电子邮件的前台人员有影响吗?可能不是。但是对于工作站和服务器,很难证明NVMe相对较低的价格/溢价是合理的。随着从办公生产力套件到8K视频编辑的客户应用程序到生产线上的增强现实系统越来越多地为NVMe属性编码,当今可见的存储格局似乎越来越倾向于在所有具有性能作用的新存储采购中标准化NVMe。

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