Atualmente, todos, desde usuários de games e editores de vídeo até executivos de startups de software que lançam aplicativos na nuvem, estão exigindo soluções mais rápidas para armazenamento de dados. O motivo é simples: tecnologias de armazenamento melhores significam ambientes de computação mais rápidos e com melhor desempenho. Para os jogadores, isso significa menos tempo de atraso; para os editores, significa gerações de vídeo mais rápidas; e para as empresas, significa que podem executar cargas de trabalho com rapidez e tranquilidade na nuvem.
Infelizmente, a escolha da solução certa pode ser difícil. Termos desconhecidos, especificações técnicas complexas e um número aparentemente infinito de opções possíveis geram confusão. Para ajudar a restringir e ajudar os usuários a encontrar a solução certa para suas necessidades, estamos analisando duas das tecnologias de armazenamento de dados mais populares disponíveis: NVMe e SATA.
Os protocolos NVMe e SATA suportam SSDs, uma tecnologia que vem substituindo os HDDs como padrão do setor para aplicativos profissionais e de consumo e cargas de trabalho corporativas na última década. Ao contrário dos HDDs, que possuem latência e tempo de acesso inerentes, os SSDs dependem de memória flash e não possuem partes móveis, tornando-os muito mais rápidos.
Os SSDs são dispositivos de armazenamento baseados em semicondutores que utilizam memória flash para armazenar dados persistentes em sistemas de computadores. Ao contrário do armazenamento magnético, como HDDs e unidades de disquete, que armazenam dados usando ímãs, unidades de estado sólido utilizam chips NAND, uma tecnologia de armazenamento não volátil que não requer energia para manter seus dados. De acordo com um relatório recente da Gartner (link externo ao site ibm.com), Atualmente, os SSDs estão ultrapassando os HDDs como o padrão preferido do setor para cargas de trabalho de dados estruturados.
A NVMe (memória não volátil expressa) é um protocolo de acesso e transporte de armazenamento de dados para SSDs que oferece melhor taxa de transferência e tempos de resposta mais rápidos do que seus concorrentes. Foi desenvolvido para mídia de armazenamento não volátil de alto desempenho, tornando-o uma excelente solução para os ambientes de computação mais exigentes da atualidade.
A NVMe pode implementar cargas de trabalho corporativas com uma pegada de infraestrutura menor e menos energia do que a amplamente usada Small Computer System Interface (SCSI). As unidades NVMe podem oferecer melhores tempos de resposta do que os HDDs devido a melhorias no driver do dispositivo, permitindo paralelismo e pesquisa e ajudando a reduzir a latência para evitar gargalos na CPU.
A tecnologia de armazenamento NVMe foi projetada para substituir os protocolos Serial Advanced Technology Attachment (SATA) e Serial Attached SCSI (SAS), que eram o padrão da indústria até a introdução do NVMe em 2011. Além de melhorar a capacidade de armazenamento de dados e a tecnologia de transferência, a NVMe também contribuiu para o desenvolvimento de outras tecnologias importantes que estavam sendo desenvolvidas na mesma época, incluindo a Internet das Coisas (IoT), inteligência artificial (IA) e aprendizado de máquina (ML).
Uma das diferenças mais importantes entre SSDs NVMe e SSDs SATA é que SSDs NVME utilizam um barramento Peripheral Component Interconnect Express (PCIe) para acessar o armazenamento flash. Esse recurso possibilita que um SSD NVMe remova o controlador "intermediário", ajudando a reduzir a latência. No entanto, os NVMe's também podem ser executados em qualquer tipo de interconexão de "malha", como Fibre Channel e Ethernet, e dentro de Ethernet, iWarp, RoCEv2, iSER e NVMe-TCP.
Ao contrário das unidades que utilizam o protocolo SCSI, que só podem implementar uma única fila de comandos, os SSDs NVMe podem executar dezenas de milhares de filas de comandos paralelas de uma só vez. Com SSDs NVMe, o método de conexão é independente do protocolo; por exemplo, o conector NVMe PCIe pode acessar uma única unidade por meio de um link PCIe executando o protocolo NVMe.
Os SSDs M.2 são um fator de forma ou conector usado em SSDs. Embora o termo seja frequentemente usado de forma intercambiável com NVMe, eles são na verdade dois tipos diferentes de tecnologias de armazenamento. Enquanto a NVMe se conecta a um slot PCIe em uma placa-mãe, aumentando suas taxas de transferência de dados, os SSDs m.2 NVMe são um fator de forma física que possibilita armazenamento de alto desempenho em dispositivos pequenos e com energia limitada, como notebooks e tablets ultrafinos.
Na última década e meia, a SATA (Serial Advanced Technology Attachment) tem sido a interface mais popular para a movimentação de dados entre a placa de circuito de um computador e um dispositivo de armazenamento interno ou externo. Até recentemente, quase todos os desktops e laptops continham hardware compatível com SATA. No entanto, com a crescente popularidade das SSDs e o desenvolvimento da tecnologia NVMe projetada especificamente para elas, a popularidade da SATA começou a diminuir nos últimos anos.
O SATA foi lançado em 2003 como uma melhoria do Parallel Advanced Technology Attachment (PATA), um padrão do setor para disquetes internos, HDDs e unidades de disco óptico. Quando as especificações do protocolo SATA foram publicadas pela primeira vez em 2003, imediatamente ficou claro que ele tinha várias vantagens importantes em relação às interfaces PATA, incluindo o seguinte:
No entanto, uma das vantagens que o SATA ainda tem sobre o NVMe é sua compatibilidade com hardware mais antigo. Os HDDs e SSDs SATA são conectados a uma placa-mãe por meio do hardware do controlador. Em sua configuração mais simples (modo IDE), o disco rígido conectado pode ser reconhecido como um dispositivo PATA. Isso possibilita maior compatibilidade com sistemas mais antigos, mas com uma queda no desempenho quando a unidade SATA está no modo IDE.
Se a compatibilidade com um dispositivo mais antigo não for obrigatória, os usuários podem configurar um controlador SATA para o modo Advanced Host Controller Interface (AHCI) para melhor desempenho. O modo AHCI também pode suportar interfaces externas e hot swapping de unidades, a remoção e conexão de unidades sem desligar.
Outro modo SATA, o modo Redundant Array of Independent Disks (RAID), oferece uma camada adicional de proteção de dados, dando aos usuários a capacidade de armazenar cópias dos mesmos dados em diferentes locais, como vários HDDs ou SSDs.
O SATA externo (eSATA) é outro recurso importante da tecnologia SATA que oferece compatibilidade com unidades externas por meio de zonas de plug-in específicas chamadas portas. O eSATA é mais rápido do que seus concorrentes e compatível com muitas tecnologias de unidade de disco disponíveis, como HDDs, unidades de disquete, unidades removíveis, Blu-rays, CD-ROMs e DVDs. Há muitos usos comuns para unidades eSATA, incluindo edição de vídeo e áudio e backup de dados.
Em uma comparação direta, em que apenas a velocidade e o desempenho são levados em consideração, o protocolo NVMe é muito superior ao SATA. Enquanto o SATA foi projetado como uma interface de armazenamento SCSI para facilitar a transferência de dados especificamente de e para HDDs, o NVMe foi projetado especificamente para uso com SSDs que utilizam tecnologia flash.
De acordo com um relatório da International Data Corporation (IDC) de 2023 (o link está fora do site ibm.com), O NVMe foi projetado para acelerar a transferência de dados para sistemas conectados por meio de um PCI Express (PCIe) - um barramento de expansão serial que é padrão para conectar um computador a um ou mais dispositivos periféricos.
Devido às suas diferenças de design, o NVMe está mais bem equipado para utilizar soquetes PCIe e transferir dados entre o armazenamento e uma CPU do que o SATA. Quando os HDDs ainda eram o padrão da indústria para armazenar e acessar dados, o SATA fazia sentido, mas à medida que os SSDs começaram a se tornar mais populares, o NVMe rapidamente se tornou uma opção melhor para a maioria dos usuários. Além disso, o protocolo simplificado do NVMe o torna mais adequado do que o SATA para aplicativos em tempo real, como ML e IA, que aumentaram em popularidade nos últimos anos. O NVMe também está bem posicionado para oferecer suporte a ambientes de armazenamento de nuvem híbrida, multinuvem e mainframe devido ao seu alto desempenho e proteção de dados integrados.
No entanto, ainda existem alguns casos em que o SATA faz sentido para determinados usuários. Por exemplo, o SATA ainda é mais acessível do que o NVMe, embora a popularidade dos SSDs NVMe esteja reduzindo o preço. Veja aqui uma comparação das duas tecnologias por capacidade.
Os SSDs NVMe podem oferecer velocidades e desempenho muito maiores do que os SSDs SATA porque podem enviar e receber comandos NVMe mais rapidamente e oferecer melhor taxa de transferência. Enquanto os SSDs NVMe utilizam PCIe para conectar o armazenamento SSD diretamente a um servidor ou unidade de processamento central (CPU), os SSDs SATA utilizam a interface de barramento Serial ATA Express, mais lenta.
A conexão PCIe usada pela NVMe é maior e tem mais largura de banda do que uma porta SATA. Além disso, cada geração de PCIe dobra a largura de banda da geração anterior. O SATA, por outro lado, tem conexões de largura de banda mais baixas do que o PCIe e é fixo, portanto as conexões não melhoram com gerações simultâneas. As conexões PCIe também são mais escaláveis do que as SATA porque utilizam "faixas" que possibilitam aos usuários dobrar a largura de banda na mesma geração.
Um dos recursos mais importantes da NVMe é a capacidade de executar operações simultâneas de uma só vez em vários encadeamentos, o que é conhecido como paralelismo. Os SSDs NVMe têm uma profundidade de fila de 64.000, enquanto o SATA pode suportar apenas 32 solicitações de E/S em uma fila a qualquer momento. A NVMe utiliza filas de comando paralelas e um "loop de polling" em vez do driver de dispositivo baseado em "interrupção" de seus antecessores, reduzindo a latência e as despesas gerais do sistema.
Quando se trata de tecnologias mais novas, como IA, ML e nuvem, a NVMe é uma opção muito mais compatível do que o SATA, pois foi desenvolvida em paralelo a essas tecnologias no mesmo período. O NVMe também funciona perfeitamente com todos os sistemas operacionais modernos, incluindo celulares, notebooks e consoles de jogos. No entanto, quando se trata de compatibilidade com tecnologias mais antigas (como HDDs), muitos dispositivos mais antigos que suportam SATA não são compatíveis com NVMe porque não têm as conexões necessárias para os soquetes NVMe PCIe.
Embora o NVMe e o SATA tenham se tornado mais acessíveis nos últimos anos, os SSDs SATA ainda são um pouco mais acessíveis. Por exemplo, uma unidade SATA Samsung de 1 TB de 2,5 polegadas custa pouco mais de USD 100, enquanto seu equivalente NVMe custa cerca de USD 170 (no momento em que este artigo foi escrito). Os preços dos SSDs de nível corporativo variam ainda mais e geralmente chegam aos milhares. Embora o NVMe tenha se tornado o padrão do setor para cargas de trabalho corporativas, os SSDs SATA ainda são amplamente usados em PCs em vez de HDDs, pois são consideravelmente mais rápidos.
A escolha entre NVMe e SATA depende das necessidades do usuário. Para PCs, o SATA indiscutivelmente apresenta uma opção mais barata se um usuário estiver disposto a aceitar menos velocidade. Para as necessidades de negócios no nível corporativo, os benefícios do uso da NVMe ficam mais difíceis de ignorar, mesmo com o aumento do preço. Aqui estão alguns exemplos de aplicações do mundo real de ambas as tecnologias:
Para muitos usuários, os SSDs SATA são rápidos o suficiente para atender às suas necessidades diárias de armazenamento e transferência de dados. Com um preço mais baixo — pelo menos por enquanto — eles continuam sendo uma opção atraente. Entretanto, no nível empresarial, o NVMe está rapidamente se tornando o padrão do setor.
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