NVMe SSD’s: Alles wat u moet weten over deze waanzinnig snelle opslag
NVMe is niet langer een ‘nice-to-have’-opslagtechnologie – als u op zoek bent naar een nieuwe pc, is het een functie waar u actief naar moet zoeken. En als uw pc van vrij recente datum is, moet u upgraden naar NVMe.
Wat NVMe is
NVMe is een communicatiestandaard die speciaal is ontwikkeld voor SSD’s door een consortium van leveranciers, waaronder Intel, Samsung, Sandisk, Dell en Seagate. Het werkt via de PCIe-bus (vandaar de ‘Express’ in de naam), waardoor de schijven zich meer kunnen gedragen als het snelle geheugen dat ze zijn, in plaats van de harde schijven die ze imiteren. Waar het op neerkomt: NVMe is snel. Echt snel.
Opheffing van opslag als bottleneck
Niet om de inspanningen van CPU- en GPU-leveranciers in het afgelopen decennium te bagatelliseren, maar de reden dat de nieuwste top-end pc’s zoveel sneller lijken, is de enorme sprong voorwaarts in opslagprestaties door SSD’s, eerst SATA, en nu NVMe. Opslag was het laatste knelpunt voor echte en waargenomen prestaties, maar het is nu wijdverspreid met een wraakzucht.
Als je de afgelopen twee jaar bijvoorbeeld een MacBook Pro hebt gekocht, heb je misschien gemerkt dat je bijna niet meer hoeft te wachten op alledaagse handelingen. Programma’s gaan open, bestanden worden in een oogwenk geladen en opgeslagen, en de machine start en sluit in slechts een paar seconden.
Dat komt doordat de NVMe SSD in de nieuwste MacBook Pro gegevens letterlijk vier keer zo snel leest en schrijft als de SATA SSD’s van de vorige generaties. Niet alleen dat, maar het lokaliseert ze 10 keer zo snel (seek). Dat komt bovenop de vier- tot vijfvoudige verbetering in doorvoer en de tienvoudige verbetering in zoektijden die SATA SSD’s al boden in vergelijking met harde schijven.
De huidige prestatielimieten voor de drie gangbare opslagtechnologieën zijn bij benadering:
Niet dat je zo’n aanhoudende doorvoer vaak nodig hebt, maar NVMe maakt korte metten met het overzetten van bestanden van elke grootte. HDD = 200 MBps, SATA SSD = 550 MBps, NVMe SSD = 3 GBps. Langere balken zijn beter.
De ontwikkelingscurve van CPU’s en GPU’s verbleekt in vergelijking met die van opslag in de afgelopen 10 jaar. HD = 2-5 ms seek, SATA SSD = 0,2 ms seek, NVMe SSD = 0,02 ms seek. Kortere balken zijn beter, maar dit is een algemeen gemiddelde. Sommige schijven in elke categorie doen het misschien beter, andere slechter.
Harde schijven bieden nog steeds een enorme winst voor uw geld in termen van capaciteit en zijn geweldig voor minder gebruikte gegevens. Maar voor uw besturingssysteem, programma’s en veelgebruikte gegevens wilt u een NVMe SSD als uw systeem dat ondersteunt, of een SATA SSD als dat niet het geval is.
SATA SSD’s vs. NVMe SSD’s
Toen NAND SSD’s voor het eerst op de markt kwamen, was het voor de industrie al duidelijk dat er uiteindelijk een nieuwe bus en een nieuw protocol nodig zouden zijn. Maar omdat de eerste SSD’s relatief traag (en omvangrijk) waren, bleek het veel handiger om de bestaande SATA-opslaginfrastructuur te gebruiken.
Hoewel de SATA-bus vanaf versie 3.3 is geëvolueerd naar 16Gbps, blijven bijna alle commerciële implementaties 6Gbps (ruwweg 550MBps na communicatie-overhead). Zelfs versie 3.3 is veel langzamer dan waartoe de SSD-technologie van vandaag in staat is, vooral in RAID-configuraties.
De Sandisk Extreme Pro biedt exact dezelfde prestaties als de WD Black NVMe. Want, wacht eens even, het is dezelfde schijf. De schijf maakt gebruik van vier PCIe-lanes voor een theoretische maximale doorvoer van ruim boven de 3 GBps.
Als vervanging voor de SATA-bus werd besloten om gebruik te maken van een bustechnologie met veel hogere bandbreedte die ook al bestond-PCI Express, of PCIe. PCIe is de onderliggende datatransportlaag voor grafische en andere insteekkaarten. Vanaf generatie 3.x biedt het meerdere lanes (tot 16 voor gebruik met een apparaat in de meeste PC’s) die elk bijna 1GBps (985MBps) aankunnen.
PCIe is ook de basis voor de Thunderbolt interface, die zijn vruchten begint af te werpen met externe grafische kaarten voor gaming, evenals externe NVMe opslag, die bijna net zo snel is als interne NVMe. Intel’s weigering om Thunderbolt te laten sterven was een zeer goede zaak, zoals veel gebruikers beginnen te ontdekken. Hoewel Intel de technologie heeft gedeeld met het USB-forum om het gemakkelijker te implementeren, is het nog steeds zeldzamer dan men zou hopen.
Natuurlijk is PCIe-opslag een flink aantal jaren voor NVMe. Maar eerdere oplossingen werden gehinderd door oudere protocollen voor gegevensoverdracht, zoals SATA, SCSI en AHCI, die allemaal zijn ontwikkeld toen de harde schijf nog het toppunt van opslagtechnologie was. NVMe neemt deze beperkingen weg door commando’s met een lage latentie en meerdere wachtrijen te bieden – tot 64.000 stuks. Dit laatste is vooral effectief omdat gegevens worden geschreven naar SSD’s op een schotse manier, verspreid over de chips en blokken, in plaats van aaneengesloten in cirkels zoals op een harde schijf.
De NVMe-standaard heeft zich verder ontwikkeld tot de huidige versie 1.31, met de toevoeging van functies zoals de mogelijkheid om een deel van het systeemgeheugen van uw computer als cache te gebruiken. We hebben al gezien dat die caching wordt gebruikt door de supergoedkope Toshiba RC100 die we onlangs hebben beoordeeld, die afziet van de on-board DRAM-cache die de meeste NVMe-schijven gebruiken, maar nog steeds goed genoeg presteert om uw systeem die NVMe-kick in de broek te geven voor alledaagse klusjes.
Wat u nodig hebt om NVMe te krijgen
Het is natuurlijk het beste als uw systeem al NVMe ondersteunt en M.2-sleuven heeft, maar het is nog steeds mogelijk om een NVMe-schijf toe te voegen aan elke pc met een PCIe-sleuf via een $ 25 adapterkaart. Alle recente versies van de belangrijkste besturingssystemen bieden stuurprogramma’s, en ongeacht de leeftijd van het systeem zult u een zeer snelle schijf in handen hebben. Maar er is een addertje onder het gras.
Om optimaal van een NVMe SSD te kunnen profiteren, moet u het besturingssysteem ervan kunnen opstarten. Dat vereist BIOS-ondersteuning. Zucht. De meeste oudere mainstream BIOSen ondersteunen het booten vanaf NVMe niet en zullen dat waarschijnlijk ook nooit doen. Er is gewoon geen voordeel voor de verkopers om het toe te voegen, en een zeer reëel nadeel: U zult minder snel een systeem upgraden dat is bijgewerkt met NVMe, tenzij u pc-games speelt of iets doet dat echt CPU-intensief is, zoals het bewerken van 2160p (4K)/4320p(8K) video.
Een M.2 NVMe SSD zoals de relatief betaalbare en zeer snelle (behalve voor extreem grote transfers) Samsung 970 EVO kan in een M.2/PCIe-sleuf, of in een normale PCIe-sleuf (x4 of groter) door middel van een goedkope adapterkaart.
Alle NVMe SSD’s die in de consumentenmarkt worden verkocht, maken gebruik van de M.2-vormfactor, hoewel er ook andere connectoren zijn (zie hieronder). Maar alleen een M.2-sleuf garandeert nog geen NVMe-compatibiliteit. M.2 is ontworpen om USB 3.0, SATA en PCIe te ondersteunen, en de meeste vroege M.2-sleuven ondersteunden alleen SATA. Lees de gebruikershandleiding van uw systeem of moederbord, of controleer dit online. Merk op dat de MSATA-sleuf, de voorloper van M.2, er zeer vergelijkbaar uitziet.
Er is geen manier om aan een sleuf te zien of deze PCIe en NVMe ondersteunt, maar u kunt wel het verschil zien tussen een PCIe x2- en PCIe x4-sleuf. De eerste, die B-keyed wordt genoemd (een sleutel is een stijging die zich koppelt aan een opening in de contacten op de schijf), heeft zes contacten gescheiden van de rest, terwijl de laatste, M-keyed, vijf contacten heeft gescheiden van de rest aan de tegenoverliggende kant. Er is geen harde regel, maar veel B-sleuven waren SATA-only. Als u een B/M-sleuf hebt met beide sets contacten gescheiden, de meest voorkomende tegenwoordig, hebt u goud in handen. Deze worden ook wel socket 2 en socket 3 genoemd.
Terwijl de M.2-sleuf van ons testbed PCIe en NVMe ondersteunt, is dat bij jou misschien niet het geval. Hier ziet u de Black NVMe SSD van WD, een zeer waardige schijf die overdrachten beter ondersteunt dan de Samsung 970 EVO-concurrent.
Als uw socket u in de steek laat, is het tijd voor de PCIe M.2-adapterkaart van 25 dollar die ik al noemde. De M9Pe van Plextor en anderen zijn verkrijgbaar als kant-en-klare producten die al op PCIe-kaarten zijn gemonteerd.
Wat u als eindgebruiker moet vermijden, zijn 2,5-inch NVMe-schijven. Deze hebben de U.2 nodig SFF-8639 (Small Form Factor) connector. Een U.2-aansluiting heeft vier Gen 3 PCIe-lanes, twee SATA-poorten, plus sideband-kanalen en zowel 3,3-volt als 12-volt voeding, maar deze is alleen te vinden in opslagadapters en -systemen op enterprise-niveau.
In het uiterste geval dat u een van de zeldzame Windows-pc’s gebruikt die Thunderbolt ondersteunt (veel met Asus-moederborden doen dat), kunt u mogelijk een externe Thunderbolt PCIe-behuizing gebruiken om NVMe aan uw systeem toe te voegen. Dit werkt als een charme op een Thunderbolt Mac die nieuw genoeg is om High Sierra te draaien.
Niet alle NVMe-schijven zijn gelijk
Weliswaar zou zo’n beetje elke NVMe uw systeem sneller moeten maken, maar ze zijn niet allemaal gelijk. Zelfs niet bijna. De 970 Pro van Samsung leest met meer dan 3 GBps en schrijft met meer dan 2,5 GBps, terwijl de RC100 van Toshiba leest met 1,2 GBps en schrijft met iets minder dan 900 MBps. Het verschil kan nog groter zijn wanneer de hoeveelheid geschreven gegevens groter is dan de hoeveelheid cache aan boord.
Er zijn een aantal factoren die de prestaties beïnvloeden, waaronder de controller, de hoeveelheid NAND aan boord, het aantal of PCIe lanes (zie hierboven), en het type NAND. Hier zijn enkele vuistregels:
- x4 PCIe NVMe SSD’s zijn sneller dan x2 PCIe types.
- Hoe meer NAND-chips, hoe meer paden en bestemmingen de controller heeft om gegevens te distribueren en op te slaan. De kleinere capaciteitsversies (vooral 128GB en 256GB) van hetzelfde model schijf zijn vaak langzamer dan de grotere capaciteitsvarianten.
- Het type NAND dat wordt gebruikt, is belangrijk. SLC (Single-Level Cell/1-bit) is het snelst, MLC (Multi-Level Cell/2-bit) volgt, TLC (Triple-Level Cell/3-bit) is langzamer, en QLC (Quad-Level Cell/4-bit) is het langzaamst. De formule wordt echter gecompliceerd door het feit dat je elk type NAND (behalve SLC) als zijn snellere voorganger kunt behandelen door gewoon minder bits te schrijven. Leveranciers doen dit met delen van de SSD die als cache worden gebruikt, wat betekent dat een TLC- of QLC-schijf net zo snel kan zijn als een SLC-schijf, totdat deze cache is opgebruikt.
- De meeste controllers zijn tegenwoordig zeer efficiënt, maar sommige, zoals die van Intel en Sandisk, zijn slimmer in het gebruik van cache en kunnen de schrijfprestaties op peil houden bij grotere gegevenssets.
Kijk naar onze SSD-beoordelingen op voor de skinny op individuele drives.
Capaciteit is belangrijk
Zo goed als alle NVMe SSD’s gebruiken een deel van hun NAND als secundaire cache en velen, gebruiken het ook als primaire cache. Er moet NAND beschikbaar zijn voor dat doel. Als je bijvoorbeeld een SSD van 1 TB koopt en er 900 GB op zet, zal er veel minder NAND beschikbaar zijn voor cachingtaken. De prestaties zullen eronder lijden. Onze ervaring is dat zodra je de 80% vol hebt, je een verschil begint te merken.
Houd dat in gedachten als je beslist welk formaat je koopt. Een goede vuistregel is om het dubbele te kopen van de capaciteit die u verwacht nodig te hebben, omdat spullen de neiging hebben uit te breiden om de beschikbare ruimte te vullen.
NVMe betekent lange tijd geen spijt
Als dit alles het punt nog niet duidelijk heeft gemaakt, laten we het dan nog eens zeggen: NVMe is de opslagtechnologie die u wilt voor uw huidige of volgende pc. Tenzij u een gamer of videobewerker met hoge resolutie bent, garandeert het vrijwel zeker dat u uw huidige systeem voorlopig niet zult hoeven te vervangen – althans niet vanwege de prestaties. Sterker nog, ik heb nul dwang gevoeld om mijn zes tot zeven jaar oude systemen te vervangen sinds ze zijn opgewaardeerd met NVMe SSD’s. Nul.