Dyski SSD bez wątpienia okazały się jedną z najistotniejszych rewolucji ostatnich lat. Jeśli miałbym wskazać jeden komponent, który najmocniej przyśpieszył działanie komputerów PC, to była to właśnie zamiana dysków HDD na SSD. Postęp jednak na tym się nie zatrzymał, a dyski SSD są coraz szybsze, dzięki technologii NVMe.
Zacznijmy od początku. Serial ATA to standard, który zastąpił złącza IDE/ATA i powstał nie tyle aby przyśpieszyć transfery, ale głównie po to aby szeroką taśmę IDE zastąpić wąską tasiemką interfejsu Serial ATA. Nowy interfejs potrzebował mniej przewodów sygnałowych, oferował większą przepustowość i był tańszy, więc miał de facto same zalety. Różnica w przepustowości nie była duża, ATA pozwalało na transfery rzędu 133 MB/s, podczas gdy pierwsza wersja Serial ATA umożliwiała osiągnięcie 150 MB/s. Szybko jednak pojawiła się wersja 2.0 tego standardu o dwukrotnie większej przepustowości, a później również 3.0 oferujące już transfery rzędu 600 MB/s.
W tamtym czasie była to wartość, do której nawet nie zbliżały się dyski HDD. Ba, do dzisiaj w zasadzie takich dysków talerzowych nie ma. Seagate dopiero testuje modele Mach.2 z podwójnym silnikiem sterującym głowicami, który pozwala na osiągnięcie transferów zbliżonych do limitów Serial ATA 3.0. Na rynku pojawiły się jednak dyski półprzewodnikowe, czyli wykorzystujące pamięci NAND. Ich zaletą była, a w zasadzie ciągle jest, większa prędkość odczytu i zapisu danych. Mając do dyspozycji dużą liczbę komórek pamięci, z którymi można komunikować się równolegle, producenci dysków bardzo szybko zaczęli bić kolejne rekordy prędkości.
Nie trwało to długo gdy przepustowość rzędu 600 MB/s okazała się ograniczać możliwości technologii NAND i potrzebny był nowy standard. I właśnie wtedy na rynku pojawiły się nowe pomysły na zwiększenie przepustowości. W pierwszych latach producenci oferowali dyski SSD na specjalnych kartach rozszerzeń wpinanych w sloty PCI Express. Było to jednak rozwiązanie drogie i powodowało problemy z kompatybilnością. Dlatego w 2012 roku sfinalizowano specyfikację gniazda - M.2 działającego w standardzie NVMHCIS - Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification, w skrócie NVMe[1]. Był to nowy rodzaj kontrolera komunikujący się bezpośrednio z szyną PCI Express NVMe, a dzięki temu, że stał się powszechnie stosowany przez wszystkich producentów dysków, zapewniał też odpowiednią kompatybilność.
W przypadku interfejsu NVMe ograniczeniem przepustowości jest szyna PCI Express, a jako że w tym standardzie przewidziane jest wykorzystanie 4 linii, to w początkowych latach można było liczyć na około 2 GB/s, czyli trzykrotnie więcej niż w przypadku możliwości interfejsu SATA. Gdy pojawił się standard PCI Express 3.0, to przepustowość jednej linii wzrosła do 1 GB/s, co dla interfejsu NVMe daje teoretyczne 4 GB/s. I obecnie najpopularniejsze dyski SSD wykorzystują te możliwości do cna. Na szczęście na rynku pojawił się standard PCI Express 4.0, który ponownie podwaja przepustowość, przy zastosowaniu tych samych 4 linii PCIe. Dzięki temu najnowsze modele dysków SSD NVMe mogą szczycić się transferami rzędu 6-7 GB/s i już wkrótce prawdopodobnie ponownie wyczerpią limit tej technologii. W porównaniu do SATA jest to już ogromna przepaść.
Jednak przepustowość to tylko jedna strona medalu i często wcale nie ta najistotniejsza. Z perspektywy instalacji programów czy coraz większych gier, szybkość sekwencyjnego zapisu i odczytu danych ma znaczenie, ale już gdy uruchamiamy komputer czy jakikolwiek program bardziej istotną rolę odgrywają inne czynniki. Chodzi tu przede wszystkim o szybki dostęp do wielu plików jednocześnie. W przypadku nośników HDD nie wchodziło to w grę, interfejs Serial ATA (właściwie to AHCI, ale skorzystajmy z uproszczenia) posiada tylko 1 kolejkę, w której można wysłać maksymalnie 32 polecenia. W NVMe kolejek jest 65 535, a w każdej kolejce może być 65 536 poleceń, a co więcej dyski SSD są w stanie tą zwiększoną liczbę zapytań obsłużyć.
Dyski SSD działają bardziej jak pamięć RAM, a nie jak powolny interfejs pamięci masowej znany z czasów HDD. Nowy standard musiał to wziąć pod uwagę aby zapewnić jeszcze większą wydajność. I tak faktycznie się stało, wraz z prezentacją dysków NVMe bardzo dynamicznie zaczął rosnąć wskaźnik IOPS, czyli operacji wykonywanych w czasie jednej sekundy. Dla dysków HDD były to wartości pokroju 100, dla SATA SSD przeciętnie było to 50 000, a najszybsze dyski NVMe SSD osiągają ponad 500 000 IOPS. Im lepszy wskaźnik, tym wasz komputer czy ulubiona gra uruchamiają się szybciej. Różnica na korzyść NVMe dysków jest zatem ogromna.
Dyski SATA mają jedną niepodważalną zaletę nad dyskami M.2 NVMe SSD, a mianowicie znacznie łatwiej jest podłączyć ich więcej do komputera. Standardowo płyty główne mają od 4 do 6 portów SATA, do każdego z nich można podłączyć jeden dysk. Portów M.2 mamy zazwyczaj na płycie głównej 1 lub 2, więc ich liczba jest mocno ograniczona. Dodatkowo jako magazyn danych z powodzeniem sprawdzi się dysk SATA, tutaj czas dostępu nie ma aż tak wielkiego znaczenia, a tego typu dyski są dzięki temu znacznie tańsze. Różnica potrafi być spora z wielu względów.
Spójrzmy chociażby na technologię zapisu danych na nośnikach NAND. Obecnie najpopularniejsze są komórki TLC, czyli zdolne do zapisu 3 bitów danych. To właśnie one są najczęściej wykorzystywane w szybkich dyskach NVMe pokroju Samsunga 980 Pro M.2 PCIe NVMe, który dzięki wsparciu dla PCIe 4.0 pozwala na odczyt danych z prędkością 7000 MB/s oraz zapis rzędu 5100 MB/s. Natomiast w dysku SATA takim jak chociażby Samsung 870 QVO mamy kości NAND QLC, czyli zdolne do zapisu w jednej komórce aż 4 bitów danych. Większa gęstość zapisu oznacza, że dysk w przeliczeniu na 1 GB pojemności może być tańszy, a i tak bez żadnych problemów pozwala na pracę z maksymalną prędkością dopuszczalną przez Serial ATA 3.0.
Wiele wskazuje na to, że dyski SSD SATA nie znikną jeszcze długo z rynku, a wkrótce być może nawet zastąpią nośniki HDD, przynajmniej w komputerach domowych. Nie zmienia to jednak faktu, że jak podstawowy dysk systemowy, wszyscy będziemy wybierać już tylko nośniki SSD M.2 NVMe.
Sprawdź najnowsze nośniki danych Samsung: https://www.samsung.com/pl/memory-storage/all-memory-storage/
Artykuł powstał przy współpracy z marką Samsung
Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu
