A NVM expressa foi desenvolvida de 2008 a 2011 para substituir os protocolos Serial Advanced Technology Attachment (SATA) e Serial Attached SCSI (SAS). As melhorias da NVMe em latência e desempenho em relação a seus concorrentes contribuíram para o desenvolvimento de outras tecnologias importantes, incluindo a Internet das Coisas (IoT), inteligência artificial (IA) e aprendizado de máquina (ML). 

Atualmente, os usuários exigem tempos de resposta mais rápidos do que nunca em suas aplicações. O protocolo NVMe foi criado para proporcionar uma experiência de última geração , de alto desempenho, de alta largura de banda e baixa latência , independentemente do tipo de aplicação que um usuário esteja implementando. Os SSDs NVMe acessam o armazenamento flash principalmente por meio de um barramento Peripheral Component Interconnect Express (PCIe) ,que remove o controlador "intermediário", reduzindo a latência.No entanto, a NVMe também pode ser executada em qualquer tipo de interconexão de "tecido", como Fibre Channel e Ethernet, e dentro de Ethernet, iWarp, RoCEv2, iSER e NVMe-TCP.

Os SSDs NVMe podem executar dezenas de milhares de filas de comandos paralelas e executar programas em velocidades mais rápidas do que unidades conectadas usando o protocolo SCSI, que só pode implantar uma única fila de comandos. O método de conexão é independente do protocolo; por exemplo, PCIe NVMe pode conectar uma única unidade por meio de um link PCIe executando o protocolo NVMe.

A NVMe foi desenvolvida para mídia de armazenamento não volátil de alto desempenho, tornando-a ideal para os ambientes exigentes e de uso intenso de computação de hoje, como software de edição gráfica, ambientes de computação em nuvem, firmware e grandes bancos de dados. A NVMe lida com cargas de trabalho empresariais de forma rápida e eficiente, com uma infraestrutura menor e menos consumo de energia que o SCSI.

Embora os discos rígidos (HDDs) fossem o método preferido do setor para armazenar e acessar dados, SATA e SAS eram as soluções apropriadas. Ambas as tecnologias foram projetadas como interfaces de armazenamento SCSI para facilitar a transferência de dados de e para HDDs. O SAS conecta uma única unidade por meio de uma porta SAS executando o protocolo SCSI que, em seguida, se conecta a um link PCIe. O SATA conecta uma única unidade por meio de uma porta SATA executando o protocolo ATA por meio de um controlador ATA que, em seguida, se conecta a um link PCIe. 

Até recentemente, a maioria dos SSDs usava SAS ou SATA para se conectar ao restante de um sistema de computador. No entanto, com o crescimento da tecnologia de estado sólido em todo o setor de armazenamento, ouso do SAS e o SATA se tornou cada vez mais complicado, pois eles foram projetados para serem usados com HDDs. 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. (2) 

Além do fato de ter sido projetado especificamente para uso com SSDs, o protocolo da NVMe é mais simplificado do que o SCSI, o que o torna uma solução melhor para aplicações em tempo real, como ML e IA. Com a crescente popularidade dos ambientes de computação em nuvem, a NVMe também está bem posicionada para oferecer compatibilidade com ambientes de armazenamento em nuvem híbrida, multinuvem e solução de aprendizado de máquina, devido a seu alto desempenho e proteção de dados integrados. 

Aqui estão alguns dos benefícios de usar o armazenamento NVMe em unidades SAS ou SATA :

Melhor desempenho: a tecnologia NVMe pode usar um PCIe para conectar o armazenamento SSD diretamente a um servidor ou unidade de processamento central (CPU). Essa melhoria acentuada no desempenho tornou a tecnologia NVMe a opção preferida de armazenamento/transferência de dados para gamers, editores de vídeo e outros usuários que exigem um desempenho maior do que os HDDs SAS ou SATA podem oferecer.

Velocidade mais alta: as unidades NVMe podem oferecer velocidades muito mais altas do que as unidades SAS ou SATA , pois podem enviar e receber comandos NVMe mais rapidamente e oferecer melhor taxa de transferência.

Maior compatibilidade: a NVMe é amplamente considerada uma opção mais compatível do que o SAS/SATA e é frequentemente atualizada à medida que se desenvolve junto com tecnologias tão críticas e em rápida mudança como IA, ML e computação em nuvem. A tecnologia NVMe pode funcionar perfeitamente com todos os sistemas operacionais modernos, incluindo celulares, notebooks e consoles de jogos.

Largura de banda aprimorada: a conexão PCIe é muito mais ampla e tem mais largura de banda do que as portas SAS ou SATA.Ela também melhora com cada geração, dobrando a largura de banda da geração anterior.O SAS e o SATA têm conexões de largura de banda muito menores e são fixos; portanto, não melhoram ao longo do tempo.Outro recurso que distingue as conexões PCIe é que elas são escaláveis em "faixas" e, portanto, mesmo na mesma geração, os usuários podem dobrar a largura de banda com o dobro do número de faixas. 

Para um mergulho profundo em NVMe e SATA, confira "NVMe versus SATA: qual é a diferença?

Até o advento de SSDs e armazenamento flash, o  SATA era usado com todos os sistemas de armazenamento HDD . No entanto, à medida que aplicativos móveis, videogames e novas tecnologias como IA aumentaram as demandas em ambientes de computação, as limitações do SATA se tornaram aparentes. Especificamente, a baixa velocidade e largura de banda do SATA começaram a desacelerar grandes transferências de dados , que eram fundamentais para a funcionalidade de novos aplicativos.

A NVMe foi inventada como uma melhor opção de armazenamento/transferência de dados do que o SATA para SSDs em ambientes onde grandes transferências de dados eram necessárias sem reduzir o tempo de processamento. A NVMe permite que SSDs se conectem diretamente à CPU usando o barramento PCIe e um adaptador M.2 ou U.2 — o mesmo que com uma unidade SATA. A NVMe permite que SSDs se conectem diretamente à CPU e leiam e gravem grandes volumes de dados rapidamente.  

Para obter maior desempenho, a NVMe define uma interface de registro, conjunto de comandos e grupo de recursos para SSDs baseados em PCIe. Uma vez conectado através do barramento PCIe  o protocolo NVMe facilita a latência mais baixa e ajuda a otimizar as operações de E/S por segundo (IOPS).

Os drivers NVMe são compatíveis com vários tipos de sistemas operacionais (SO) populares, incluindo Windows, Linux e macOS. Além disso, o protocolo NVMe é compatível com todos os tipos de NVM, incluindo SSDs habilitados para flash NAND . Por fim, a NVMe usa 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 sobrecardas do sistema e ajudando a evitar gargalos na CPU , como quando uma placa gráfica funciona mais rápido do que a CPU subjacente.   

Fatores de forma de SSDs NVMe

Outro diferencial importante das especificações da NVMe é seu fator de forma, ou a forma como o tamanho, a configuração e o design físico afetam sua compatibilidade com outros dispositivos. Recentemente, a Storage Networking Industry Association (SNIA) se reuniu para estabelecer o Enterprise and Datacenter Standard Form Factor (EDSFF), para criar uma estrutura acordada em todo o setor para a tecnologia SSD .

O fator de forma padrão acordado para um SSD foi de 2,5 polegadas, que se encaixa facilmente no compartimento de unidade da maioria dos notebooks e desktops, tornando os SSDs NVMe altamente compatíveis com a tecnologia existente. Uma vez que a unidade de 2,5 polegadas é amplamente usada em ambientes de computação comercial e de consumo, substituir um HDD por um SDD NVMeS é simples e fácil para usuários que desejam atualizar o desempenho de seu sistema.

Unidades M.2 NVMe

Os SSDs M.2 são outro fator de forma físico ou conector usado em SSDs. Embora o termo seja frequentemente usado de forma intercambiável com NVMe, eles são tipos diferentes de tecnologia de armazenamento. Enquanto SSDs NVMe se conectam ao slot de um PCIe em uma placa-mãe, dando-lhes taxas de transferência de dados muito mais altas do que seus concorrentes, unidades M.2 são um fator de forma física, ou conector, que permite armazenamento de alto desempenho em dispositivos pequenos e com limitações de energia, como notebooks e tablets ultrafinos.

NVMe e memória dinâmica de acesso aleatório

A memória dinâmica de acesso aleatório (DRAM) é um tipo amplamente usado de memória de acesso aleatório (RAM), da qual dependem computadores pessoais (PCs), servidores e estações de trabalho dependem. Os SSDs NVMe vêm em variedades de DRAM e sem DRAM. SSDs NVMe com DRAM são mais caros e mais rápidos do que os sem DRAM, e são uma opção melhor para aplicações com uso intenso de gráficos, como software de edição de fotos ou vídeos. NVMes sem DRAM são mais acessíveis e mais lentas, mas ainda assim muito mais rápidas do que HDDs ou SSDs SATA , tornando-as boas opções para usuários que não precisam de tanta velocidade ou desempenho para as aplicações que estão executando.