SSD versus NVMe: qual a diferença?

Recentes avanços tecnológicos no armazenamento de dados levaram empresas e consumidores a migrar das unidades de disco rígido (HDDs) tradicionais em direção à tecnologia de unidade de estado sólido (SSD) mais rápida e de menor latência. Neste post, veremos essa nova tecnologia, bem como o protocolo mais rápido e popular disponível para conectá-la à placa-mãe de um computador — a memória expressa não volátil (NVMe).

Embora os termos SSD e NVMe sejam frequentemente usados para descrever dois tipos diferentes de unidades, eles são tecnologias de armazenamento de dados diferentes que podem ser usadas para se complementar. Os SSDs são um tipo de armazenamento baseado em semicondutores usado com armazenamento flash, e NVMe é um protocolo para transferência de dados com sobrecarga de sistema reduzida por operações de entrada/saída por segundo (I/O ou IOPS) que é usado em SSDs com memória flash.

As diferenças entre as tecnologias NVMe e a SSD são sutis e podem ser confusas. Embora todo dispositivo NVMe também seja uma unidade SSD, nem todos os SSDs são unidades NVMe. De acordo com um relatório de 2023 da International Data Corporation (IDC), a NVMe foi projetada para acelerar a transferência de dados para sistemas conectados por meio de um PCI expresso, um barramento de expansão serial padrão para conectar um computador a um ou mais dispositivos periféricos. No entanto, nem todos os SSDs usam a tecnologia PCIe; alguns usam as interfaces SATA e SAS mais antigas, projetadas para HDDs, tornando-as compatíveis com dispositivos mais antigos.

Antes de os SSDs serem inventados, os HDDs e as unidades de disquete eram as unidades de armazenamento mais usadas no mercado. Porém, enquanto os HDDs e as unidades de disquete dependiam de ímãs para armazenar dados, os SSDs usam uma nova tecnologia chamada NAND, um tipo de armazenamento não volátil que não requer energia para reter seus dados. Em um SSD, cada chip de memória é feito de blocos que contêm células (também conhecidas como páginas ou setores), cada uma com seus próprios bits de memória.
Ao contrário dos HDDs, que têm latência e tempo de acesso inerentes devido aos seus pratos, discos giratórios e cabeçotes de leitura/gravação, os SSDs não contêm peças móveis, o que os torna muito mais rápidos. Desde o início até o meio dos anos 2000, a popularidade dos SSDs vem aumentando, tanto no mercado de consumo quanto no corporativo, devido ao seu desempenho superior e velocidades ultrarrápidas.

Para as velocidades de transferência de dados mais rápidas disponíveis, não procure além do SSD NVMe. Por meio de seu barramento Peripheral componente Interconnect Express (PCIe), os SSDs NVMe podem atingir velocidades de transferência de até 20 gigabytes por segundo (Gbps), mais de três vezes a velocidade de um SSD SATA. Outra funcionalidade atraente de uma unidade NVMe está logo em seu nome: memória não volátil. Essa especificação significa que, ao contrário de outros tipos de unidades, não é necessária energia para que um dispositivo NVMe retenha sua memória. Além disso, diferentemente de outras tecnologias, o armazenamento NVMe pode se conectar diretamente à CPU de um computador usando um soquete PCIe e permitir que a memória flash da unidade funcione por meio de PCIe, em vez de um driver SATA, que é mais lento. 

Outro tipo popular de SSD é a unidade SATA, que se tornou mais popular recentemente devido à sua compatibilidade com tecnologias mais antigas. Embora os SSDs NVMe ainda tenham mais largura de banda, muitos computadores mais antigos não são compatíveis com a tecnologia NVMe ou PCIe, tornando uma interface SATA a melhor opção. Os SSDs SATA podem atingir uma velocidade máxima de transferência de dados de seis gigabytes por segundo (Gbps), mais lentas do que outras interfaces mais novas, mas ainda consideravelmente mais rápidas do que um HDD tradicional.

As unidades M.2, lançadas em 2012, são um tipo de SSD que pode se conectar diretamente à placa-mãe de um computador usando um fator de forma M.2. Em comparação com outros tipos de SSDs, as unidades M.2 são mais eficientes em termos de energia e ocupam menos espaço. Eles também são menores e mais rápidos do que os SSDs de 2,5 polegadas amplamente utilizados e não exigem cabos de qualquer tipo para conexão. Apesar de seu tamanho relativamente pequeno, os M.2s podem conter tantos dados quanto seus pares — até 8 terabytes (TBs) — e são compatíveis com qualquer placa-mãe que tenha um slot M.2. Ao usar a interface NVMe, os SSDs M.2 NVMe podem fornecer algumas das velocidades de transferência de dados mais rápidas disponíveis atualmente.

Um SSD PCIe é uma placa de expansão que conecta um computador a vários componentes (como uma placa gráfica ou um dispositivo de armazenamento externo) usando o padrão de barramento de expansão serial PCIe. Os slots PCIe estão disponíveis em cinco tamanhos diferentes (x2, x3, x4… etc.) com o x referente ao número de faixas que cada cartão possui para uma transferência de dados.
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A NVMe (memória expressa não volátil) é um protocolo de transferência de dados projetado para armazenamento flash e SSDs. Foi lançada em 2011 como uma alternativa aos protocolos SATA e Serial Attached SCSI (SAS), que eram o padrão do setor na época, e transmite melhor taxa de transferência do que seus antecessores. Além de melhorias no armazenamento e na tecnologia, a NVMe contribuiu para o desenvolvimento de tecnologias importantes que estavam sendo desenvolvidas ao mesmo tempo, incluindo a Internet das coisas(IoT), inteligência artificial (IA) e aprendizado de máquina (ML).

Desde 2011, a Tecnologia NVMe se destaca por sua alta largura de banda e transferência rápida de dados. Devido às melhorias nos drivers NVMe que permitem paralelismo e pesquisas, os SSDs NVMe podem otimizar os tempos de resposta e as velocidades de gravação e ajudar a reduzir a latência para evitar gargalos de CPU. Além disso, a tecnologia NVMe tem uma pegada menor no nível corporativo e usa menos potência do que a popular Small Computer System Interface (SCSI).

As unidades NVMe de melhor desempenho podem ultrapassar 3000 megabytes por segundo (MB/s), com alguns dos modelos mais recentes atingindo velocidades de até 7500 MB/s. Ao contrário de seu antecessor, o Serial Advanced Technology Attachment (SATA), o NVMe foi projetado para mídia de armazenamento não volátil de alto desempenho, tornando-o uma excelente escolha para ambientes de computação desafiadores e ricos em dados.

Os SSDs NVMe podem executar dezenas de milhares de filas de comandos paralelas de uma só vez, outro diferencial importante em relação às unidades que usam o protocolo SCSI mais antigo e mais lento e só podem implementar uma única fila de comandos. Com os SSDs NVMe, o método de conexão é independente do protocolo. Por exemplo, os conectores NVMe PCIe podem acessar uma única unidade por meio de um link PCIe executando o protocolo NVMe. 

Os SSDs NVMe acessam o armazenamento flash por meio de um barramento PCIe que remove o controlador "intermediário", reduzindo muito a latência. No entanto, os NVMes 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. O PCIe Gen4 é a mais recente especificação PCI Express e sua taxa de transferência de dados é o dobro da Gen3. Enquanto os PCIes Gen3 têm uma taxa de transferência de oito giga transferências por segundo (GT/s) por faixa PCIe, a taxa do Gen4 é de 16 GT/s, ou 2 GB/s por faixa PCIe.

Os SSDs NVMe podem executar dezenas de milhares de filas de comandos paralelas de uma só vez, outro diferencial importante em relação às unidades que usam o protocolo SCSI mais antigo e mais lento e só podem implementar uma única fila de comandos. Com os SSDs NVMe, o método de conexão é independente do protocolo. Por exemplo, os conectores NVMe PCIe podem acessar uma única unidade por meio de um link PCIe executando o protocolo NVMe. 

Não há como comparar com precisão as tecnologias NVMe e SSD, pois elas são diferentes e muitas vezes se complementam. Os SSDs NVMe oferecem algumas das velocidades de transferência de dados mais rápidas disponíveis, mas isso não significa que eles sejam necessariamente a escolha certa para suas necessidades. Muitos fatores entram em cena ao escolher uma solução de armazenamento de dados. Para ajudar no processo, comparamos algumas das opções mais populares disponíveis por quatro fatores críticos: preço, especificações técnicas, capacidade de armazenamento e velocidade.

• Preço: até recentemente, os SSDs SATA eram comparativamente mais baratos do que os SSDs NVMe , tornando-os uma opção atraente para usuários preocupados com o orçamento. No entanto, o preço dos SSDs NVMe vem caindo nos últimos anos à medida que a tecnologia se torna mais amplamente disponível, tornando o preço cada vez menos diferenciador. Atualmente, o preço da popular marca de SSDs Samsung (tanto na variedade NVMe quanto no SATA e com armazenamento comparável) fica entre US$ 64 e US$ 130 na Amazon.
• Especificações técnicas: muitos dispositivos mais antigos não são compatíveis com a tecnologia NVMe mais recente e mais rápida, tornando o SSD SATA a escolha necessária. Antes de adquirir um SSD, os usuários também devem verificar se o sistema tem conexões PCIe suficientes para suportar o número de dispositivos que desejam conectar. Muitas placas-mãe têm apenas dois ou três slots, o que limita o número de dispositivos que podem ser conectados.
• Capacidade de armazenamento: SSDs NVMe e SATA geralmente vêm em opções de 1 TB ou 2 TB. Os usuários que procuram mais capacidade podem fazer o upgrade para os modelos de 4 TB e 8 TB, mas a um preço mais alto. No momento em que este artigo foi escrito, SSDs NVMe e SATA de 4 TB custavam entre US$ 200 e 300 na Amazon, enquanto SSDs de 8 TB estavam chegando mais perto de US$ 400.
• Velocidade: o principal diferencial dos SSDs NVMe é a velocidade e o desempenho. A tecnologia NVMe usa uma interface PCIe que permite sua conexão direta com uma CPU, reduzindo a latência e melhorando a capacidade de resposta. Mas alguns usuários simplesmente não precisam desse nível de velocidade e, nesse caso, um SSD SATA pode ser uma opção um pouco mais barata. Embora não seja tão rápido, os SSDs SATA ainda transferem dados mais rápido do que seus equivalentes HDD mais antigos. Dependendo de suas necessidades, as velocidades de um SSD SATA podem ser suficientes.

No nível corporativo, é difícil ignorar a velocidade e o desempenho da tecnologia NVMe. Embora algumas empresas ainda usem SSDs SATA, eles são mais comuns entre consumidores que buscam aumentar a velocidade e o desempenho de um notebook ou PC que estão usando para jogos ou para executar aplicações básicas de escritório. Aqui estão alguns dos casos de uso mais comuns de SSDs.

• Computação de alto desempenho/alta velocidade: a capacidade dos SSDs NVMe de lidar com processamento paralelo os torna uma solução ideal para muitos dos ambientes de computação mais exigentes e complexos da atualidade. Muitas aplicações de alta demanda, como aplicativos de negociação financeira de alta frequência e implementações de IA e ML, dependem de SSDs NVMe para acesso rápido a grandes volumes de dados.
• Aplicações com uso intenso de computação: aplicativos que apresentam funcionalidade de interações com clientes em tempo real muitas vezes dependem da tecnologia NVMe para executar suas cargas de trabalho. Exemplos desses aplicativos incluem comércio eletrônico, finanças pessoais e muitas aplicações nativas da nuvem.
• Data centers: os SSDs NVMe ajudam data centers em qualquer lugar a expandir seus recursos de armazenamento e alcançar velocidades de transferência ultrarrápidas. Embora os SSDs SATA ainda sejam usados no nível Enterprise, de acordo com um relatório recente do Enterprise Strategy Group (ESG), quase três quartos das empresas já mudaram para o armazenamento NVMe ou planejam fazer isso no próximo ano.
• Edição de vídeo: muitos editores de vídeo usam SSDs NVMe e SATA para expandir seu armazenamento e ainda obter as altas velocidades de processamento de que precisam. Um exemplo é o SSD fino, pequeno e altamente portátil NVMe M.2 que é uma solução ideal para computadores leves como notebooks e ultrabooks.
• Jogos: jogadores sérios em todos os lugares dependem dos tempos de carregamento rápidos que os SSDs NVMe e SATA fornecem. Ambos os tipos de SSDs podem proporcionar uma experiência de jogos tranquila e rápida a preços comparáveis, além de melhorar a velocidade e o desempenho das aplicações diárias para qualquer versão de PC.

Os SSDs ajudam os consumidores e as empresas a alcançar as transferências rápidas de dados de que necessitam. Para entusiastas de jogos e editores de vídeo, os SSDs SATA mais antigos costumam ser o suficiente, mas para cargas de trabalho corporativas, o SSD NVMe está rapidamente se tornando o padrão do setor. O IBM Storage FlashSystem 5300 oferece armazenamento compacto e poderoso, juntamente com todos os benefícios da tecnologia NVMe. O 5200 ajuda as empresas a ter maior velocidade, desempenho e escalabilidade a partir de sua solução de armazenamento de dados .