NVMe SSD-diskar: Allt du behöver veta om denna vansinnigt snabba lagringsteknik
NVMe är inte längre en lagringsteknik som är trevlig att ha – om du köper en ny dator är det en funktion som du aktivt bör leta efter. Om din dator är av ganska nyare datum bör du dessutom uppgradera till NVMe. Här är varför.
Vad NVMe är
NVMe är en kommunikationsstandard som utvecklats speciellt för SSD-enheter av ett konsortium av leverantörer, däribland Intel, Samsung, Sandisk, Dell och Seagate. Den fungerar över PCIe-bussen (därav ”Express” i namnet), vilket gör det möjligt för enheterna att agera mer som det snabba minne de är, snarare än som de hårddiskar de efterliknar. Slutsats: NVMe är snabbt. Riktigt snabbt. Som att aldrig behöva vänta på din dator igen.
Förhindra lagring som flaskhals
Inte för att förringa CPU- och GPU-leverantörernas insatser under det senaste decenniet, men anledningen till att de senaste toppdatorerna verkar så mycket snabbare är det kvantsprång i lagringsprestanda som SSD-diskar ger, först SATA, och nu NVMe. Lagring var den sista flaskhalsen när det gäller verklig och upplevd prestanda, men den är nu bredvid med stor kraft.
Om du har köpt till exempel en MacBook Pro under de senaste två åren har du kanske märkt att du knappt väntar alls längre på vardagliga operationer. Program öppnas snabbt, filer laddas och sparas på ett ögonblick och maskinen startar och stängs av på bara några sekunder.
Det beror på att NVMe-SSD:en i den senaste MacBook Pro läser och skriver data bokstavligen fyra gånger snabbare än de SATA-SSD:er som fanns i tidigare generationer. Inte bara det, utan den lokaliserar dem också 10 gånger så snabbt (seek). Det är ovanpå den fyra- till femdubbla förbättringen av genomströmningen och den tiodubbla förbättringen av söktiderna som SATA SSD-diskar redan gav jämfört med hårddiskar.
De ungefärliga prestandataken för de tre vanliga lagringsteknikerna är som det ser ut nu:
Inte att du behöver en sådan här uthållig genomströmning särskilt ofta, men NVMe gör processen kort när det gäller att överföra filer av alla storlekar. HDD = 200 MBps, SATA SSD = 550 MBps, NVMe SSD = 3 GBps. Längre staplar är bättre.
CP CPU- och GPU-utvecklingskurvan bleknar i jämförelse med lagringskurvan under de senaste tio åren. HD = 2-5 ms sökning, SATA SSD = 0,2 ms sökning, NVMe SSD = 0,02 ms sökning. Kortare staplar är bättre, men detta är ett övergripande genomsnitt. Vissa hårddiskar i varje kategori kan göra det bättre och andra sämre.
Hårddiskar ger fortfarande enormt mycket för pengarna när det gäller kapacitet och är underbara för mindre använda data. Men för ditt operativsystem, dina program och ofta använda data vill du ha en NVMe SSD om ditt system har stöd för det, eller en SATA SSD om det inte har det.
SATA SSD:er vs. NVMe SSD:er
Då branschen väl kände till den ultimata prestandapotentialen hos NAND-baserade SSD:er redan när de först dök upp, stod det klart för branschen att det så småningom skulle behövas en ny buss och ett nytt protokoll. Men eftersom de första SSD-enheterna var relativt långsamma (och skrymmande) visade det sig vara mycket bekvämare att använda den befintliga SATA-lagringsinfrastrukturen.
Och även om SATA-bussen har utvecklats till 16 Gbit/s från och med version 3.3, förblir nästan alla kommersiella implementeringar 6 Gbit/s (ungefär 550 Mbit/s efter kommunikationsöverskottskostnader). Till och med version 3.3 är mycket långsammare långsammare än vad dagens SSD-teknik klarar av, särskilt i RAID-konfigurationer.
Sandisk Extreme Pro erbjuder exakt samma prestanda som WD Black NVMe. För, vänta lite – det är samma enhet. Enheten använder fyra PCIe-kanaler för en teoretisk maximal genomströmning på en bra bit över 3 GBps.
Som ersättning för SATA-bussen bestämde man sig för att utnyttja en bussteknik med mycket högre bandbredd som också redan fanns på plats – PCI Express, eller PCIe. PCIe är det underliggande datatransportlagret för grafikkort och andra tilläggskort… Från och med generation 3.x erbjuder det flera körfält (upp till 16 för användning med en enhet i de flesta datorer) som hanterar nästan 1 GBps vardera (985 MBps).
PCIe är också grunden för Thunderbolt-gränssnittet, som börjar ge utdelning med externa grafikkort för spel samt extern NVMe-lagring, som är nästan lika snabb som intern NVMe. Intels vägran att låta Thunderbolt dö var en mycket bra sak, vilket många användare börjar upptäcka. Även om Intel har delat tekniken med USB-forumet för att göra den lättare att implementera är den fortfarande mer sällsynt än vad man kan hoppas.
Naturligtvis föregår PCIe-lagring NVMe med ganska många år. Men tidigare lösningar hämmades av äldre dataöverföringsprotokoll som SATA, SCSI och AHCI, som alla utvecklades när hårddisken fortfarande var toppen av lagringstekniken. NVMe tar bort dessa begränsningar genom att erbjuda kommandon med låg latenstid och flera köer – upp till 64 000 av dem. Det sistnämnda är särskilt effektivt eftersom data skrivs till SSD-diskar i form av en skottgubbe, utspridda över chip och block, snarare än sammanhängande i cirklar som på en hårddisk.
NVMe-standarden har fortsatt att utvecklas till den nuvarande versionen 1.31, med tillägg av sådana funktioner som möjligheten att använda en del av datorns systemminne som cache. Vi har redan sett att denna caching används av den superbilliga Toshiba RC100 som vi nyligen recenserade, som avstår från den inbyggda DRAM-cache som de flesta NVMe-enheter använder, men som ändå presterar tillräckligt bra för att ge ditt system den där NVMe-kicken i byxorna för vardagliga sysslor.
Vad du behöver för att få NVMe
Det är givetvis bäst om ditt system redan har stöd för NVMe och har M.2-platser, men det är fortfarande möjligt att lägga till en NVMe-enhet i vilken dator som helst med en PCIe-plats via ett adapterkort för 25 dollar. Alla nyare versioner av de större operativsystemen tillhandahåller drivrutiner, och oavsett systemets ålder kommer du att ha en mycket snabb enhet i dina händer. Men det finns en hake.
För att dra full nytta av en NVMe SSD måste du kunna starta upp operativsystemet från den. Det kräver stöd från BIOS. Suck. De flesta äldre mainstream BIOS har inte stöd för uppstart från NVMe och kommer sannolikt aldrig att göra det. Det finns helt enkelt ingen fördel för leverantörerna att lägga till det, och en mycket verklig nackdel: Det är mindre troligt att du uppgraderar ett system som har uppdaterats med NVMe, såvida du inte spelar PC-spel eller gör något riktigt CPU-intensivt, som att redigera 2160p (4K)/4320p (8K) video.
En M.2 NVMe SSD som den relativt prisvärda och mycket snabba (utom vid extremt stora överföringar) Samsung 970 EVO kan bo i en M.2/PCIe-kortplats, eller i en vanlig PCIe-kortplats (x4 eller större) med hjälp av ett billigt adapterkort.
Alla NVMe-SSD:er som säljs i konsumentledet använder M.2-formfaktorn, även om det finns andra anslutningar (se nedan). Men att bara ha en M.2-plats garanterar inte NVMe-kompatibilitet. M.2 utformades för att stödja USB 3.0, SATA och PCIe, och de flesta tidiga M.2-platser stödde endast SATA. Läs användarhandboken för ditt system eller moderkort eller kolla på nätet. Observera att MSATA-kortplatsen, som är föregångaren till M.2, ser mycket likadan ut.
Det finns inget sätt att avgöra genom att titta på en kortplats om den stöder PCIe och NVMe, men du kan se skillnaden mellan en PCIe x2- och PCIe x4-kortplats. Den förstnämnda, som kallas B-keyed (en key är en upphöjning som gifter sig med en lucka i kontakterna på enheten), har sex kontakter separerade från resten, medan den sistnämnda, M-keyed, har fem kontakter separerade från resten på motsatt sida. Det finns ingen fast regel, men många B-nyckelplatser var endast SATA. Om du har en B/M-keyed-kortplats med båda uppsättningarna kontakter separerade, vilket är det vanligaste idag, är du nöjd. Dessa kallas också ibland för socket 2 och socket 3.
Men även om vår testbädds M.2-kortplats har stöd för PCIe och NVMe kanske din inte har det. Här visas WD:s Black NVMe SSD – en mycket värdig enhet som klarar överföringar bättre än sin Samsung 970 EVO-konkurrent.
Om ditt uttag inte ger dig något är det dags för det PCIe M.2-adapterkort för 25 dollar som jag nämnde. Plextors M9Pe och andra finns redan monterade på PCIe-kort som färdiga produkter.
Vad du som slutanvändare bör undvika är 2,5-tums NVMe-enheter. Dessa kräver en U.2-behov SFF-8639-kontakt (Small Form Factor). En U.2-anslutning har fyra Gen 3 PCIe-kanaler, två SATA-portar, plus sidbandskanaler och både 3,3-volts och 12-volts strömförsörjning, men den finns endast i lagringsadaptrar och system på företagsnivå.
Om du använder en av de sällsynta Windows-pc:erna som har stöd för Thunderbolt (många med Asus-moderkort har det), kan du kanske använda ett externt Thunderbolt-PCIe-kapsling för att lägga till NVMe i ditt system. Detta fungerar utmärkt på en Thunderbolt-Mac som är tillräckligt ny för att köra High Sierra.
Inte alla NVMe-enheter är lika
Och även om nästan alla NVMe-enheter borde få ditt system att kännas snabbare, är de inte alla lika. Inte ens i närheten. Medan Samsungs 970 Pro läser med över 3 GBps och skriver med över 2,5 GBps, läser Toshibas RC100 med 1,2 GBps och skriver med knappt 900 MBps. Skillnaden kan bli ännu större när mängden data som skrivs överstiger mängden cache ombord.
Ett antal faktorer som påverkar prestandan, däribland styrenheten, mängden NAND ombord, antalet PCIe-banor (se ovan) och typen av NAND. Här är några tumregler:
- x4 PCIe NVMe SSD-enheter är snabbare än x2 PCIe-typer.
- Desto fler NAND-chips, desto fler vägar och destinationer har kontrollern att distribuera och lagra data på. Versionerna med mindre kapacitet (särskilt 128 GB och 256 GB) av en enhet av samma modell är ganska ofta långsammare än varianterna med större kapacitet.
- Den typ av NAND som används spelar roll. SLC (Single-Level Cell/1-bit) är snabbast, MLC (Multi-Level Cell/2-bit) kommer därefter, TLC (Triple-Level Cell/3-bit) är långsammare och QLC (Quad-Level Cell/4-bit) är långsammast. Formeln kompliceras dock av det faktum att man kan behandla alla typer av NAND (utom SLC) som dess snabbare föregångare genom att helt enkelt skriva färre bitar. Leverantörerna gör detta med delar av SSD-enheten som används som cache, vilket innebär att en TLC- eller QLC-enhet kan vara lika snabb som en SLC-enhet, tills denna cache är förbrukad.
- De flesta styrenheter i dag är mycket effektiva, men vissa, t.ex. de som används av Intel och Sandisk, är smartare när det gäller hur de använder cache och kan upprätthålla skrivprestanda med större datamängder.
Kolla in våra SSD-recensioner på för att få mer information om enskilda enheter.
Kapaciteten spelar roll
Nästan alla NVMe SSD-diskar använder en del av sin NAND som sekundär cache och många använder den även som primär cache. Det måste finnas NAND tillgängligt för detta ändamål. Om du t.ex. köper en SSD på 1 TB och lägger 900 GB på den kommer det att finnas mycket mindre NAND tillgängligt för cachinguppgifter. Prestandan kommer att bli lidande. Enligt vår erfarenhet börjar du märka en skillnad när du når 80 % full kapacitet.
Håll detta i åtanke när du bestämmer dig för vilken storlek du ska köpa. En bra tumregel är att köpa dubbelt så mycket kapacitet som du räknar med att behöva, med tanke på att saker tenderar att expandera för att fylla det tillgängliga utrymmet.
NVMe innebär att du inte ångrar något under lång tid
Om allt detta inte har fått dig att inse det, så låt oss säga det igen: NVMe är den lagringsteknik som du vill ha i din nuvarande eller nästa dator. Om du inte är gamer eller videoredigerare med hög upplösning garanterar den praktiskt taget att du inte kommer att känna ett behov av att byta ut ditt nuvarande system på ett bra tag – åtminstone inte på grund av prestanda. Jag har faktiskt inte känt något tvång att byta ut mina sex till sju år gamla system sedan de uppgraderades med NVMe SSD-diskar. Noll.