¿Qué es NVMe?

Las SSD NVMe pueden ofrecer tiempos de respuesta más rápidos que las unidades de disco duro (HDD) tradicionales debido a los cambios en el controlador del dispositivo que permiten el paralelismo y el sondeo. Estas mejoras ayudan a reducir la latencia y las hacen ideales para cargas de trabajo empresariales, así como para aplicaciones profesionales y de consumo. Esta versatilidad abarca una amplia gama de sectores, desde los juegos y las tecnologías móviles hasta las plataformas de comercio electrónico, finanzas y sanidad.

La demanda actual de soluciones de almacenamiento escalables y de alto rendimiento sigue creciendo. En un informe de Research and Markets, el mercado global de NVMe se valoró en 212 mil millones de dólares en 2024. Se proyecta que el valor alcance los 888 900 millones de dólares para 2030, creciendo a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 27 % entre 2024 y 2030¹.

La inteligencia artificial (IA), el análisis de big data y las aplicaciones de Internet de las cosas (IoT) están impulsando esta expansión, con NVMe y otras tecnologías que permiten la velocidad y la eficiencia que estas cargas de trabajo requieren.

NVMe se desarrolló entre 2008 y 2011 para sustituir a los protocolos Serial Advanced Technology Attachment (SATA) y Serial Attached SCSI(SAS). Las mejoras de NVMe con respecto a sus competidores lo han convertido en el estándar del sector para el almacenamiento de alta velocidad.

Actualmente los usuarios exigen a sus aplicaciones tiempos de respuesta más rápidos que nunca. El protocolo NVMe se creó para ofrecer una experiencia de próxima generación, alto rendimiento, gran ancho de banda y baja latencia, independientemente del tipo de aplicación que implemente un usuario.

Las SSD NVMe acceden al almacenamiento flash principalmente a través de un bus Peripheral Component Interconnect Express (PCIe) que elimina el controlador “intermediario”. Sin embargo, NVMe también puede ejecutarse en cualquier tipo de interconexión de “fabric” (NVMe-oF), como Fibre Channel y Ethernet, y dentro de Ethernet, iWarp, RoCEv2, iSER y NVMe-TCP.

Las unidades SSD NVMe pueden ejecutar decenas de miles de colas de comandos en paralelo. También pueden ejecutar programas a mayor velocidad que las unidades conectadas mediante el protocolo SCSI, que solo pueden implementar una única cola de comandos. El método de conexión es independiente del protocolo. Por ejemplo, las SSD PCIe que utilizan NVMe pueden conectar una sola unidad con un enlace PCIe que ejecute el protocolo NVMe.

NVMe se creó para medios de almacenamiento no volátil de alto rendimiento, por lo que resulta ideal para los entornos actuales más exigentes y con mayor carga computacional, como el software de edición gráfica, los entornos de cloud computing, el firmware y las grandes bases de datos. NVMe se ocupa de las cargas de trabajo empresariales de forma rápida y eficiente con una huella de infraestructura más pequeña y menos energía que SCSI.

La memoria no volátil exprés (NVMe) y las unidades de estado sólido (SSD) se utilizan con frecuencia para describir dos tipos diferentes de unidades. Sin embargo, son tipos distintos de tecnología de almacenamiento de datos que pueden usarse para mejorarse mutuamente. 

Las SSD son dispositivos de almacenamiento basados en semiconductores que dependen de la memoria flash para almacenar datos persistentes en sistemas informáticos. En una SSD, cada chip de memoria se construye a partir de bloques que contienen celdas (también conocidas como páginas o sectores) que contienen bits de memoria. A diferencia del almacenamiento magnético, como los discos duros y las unidades de disquete que almacenan datos mediante imanes, las SSD utilizan chips NAND. Esta tecnología de almacenamiento no volátil no requiere energía para conservar los datos.

Todos los dispositivos NVMe son SSD. Sin embargo, no todas las SSD utilizan tecnología PCIe; algunas SSD siguen utilizando las antiguas interfaces SATA y SAS que se diseñaron originalmente para dispositivos HDD.

Para obtener más información, consulte SSD vs. NVMe: ¿cuál es la diferencia?

En la época en la que los discos duros (HDD) eran el método preferido por la industria para almacenar y acceder a los datos, SATA y SAS eran las soluciones adecuadas. SATA (Serial Advanced Technology Attachment) se diseñó para conectar dispositivos de almacenamiento que utilizan el protocolo ATA, mientras que SAS (Serial Attached SCSI) se diseñó como una interfaz basada en SCSI. Ambos se optimizaron para la naturaleza mecánica de los discos duros.

Hasta hace poco, la mayoría de las unidades SSD utilizaban SAS o SATA para conectarse con el resto del sistema informático. Sin embargo, con el auge de la tecnología de estado sólido en la industria del almacenamiento, SAS y SATA se convirtieron en una opción más incómoda, ya que fueron diseñados para discos duros.

Por último, NVMe se diseñó específicamente para SSD y su protocolo está más optimizado que SCSI, lo que la convierte en una mejor solución para aplicaciones en tiempo real, como machine learning (ML) e IA.

Con la creciente popularidad del cloud computing, NVMe es compatible con entornos de almacenamiento de nube híbrida, multinube y mainframe gracias a sus características integradas de alto rendimiento y protección de datos.

NVMe (memoria no volátil exprés) se inventó como una mejor opción de almacenamiento y transferencia de datos que SATA para SSD en entornos donde se necesitaban grandes transferencias de datos sin ralentizar los tiempos de procesamiento. 

NVMe permite que las SSD se conecten directamente a la CPU mediante el bus PCIe y un adaptador M.2 o U.2, al igual que con una unidad SATA. NVMe permite a las unidades SSD conectarse directamente a la CPU mediante la interfaz PCIe, lo que les permite leer y escribir grandes volúmenes de datos con rapidez.

Para lograr un mayor rendimiento, NVMe define una interfaz de registro, un conjunto de comandos y un grupo de características para SSD basadas en PCI. Cuando se conecta a través del bus PCIe, el protocolo NVMe facilita una menor latencia y ayuda a optimizar las operaciones de E/S por segundo (IOPS). Las unidades NVMe actuales utilizan PCIe Gen 4 o Gen 5, lo que permite un rendimiento máximo.

Los controladores NVMe son compatibles con muchos tipos de sistemas operativos (SO), incluidos Windows, Linux y macOS. Por último, el protocolo NVMe es compatible con todo tipo de NVM, incluidas las unidades SSD con flash NAND. Además, NVMe utiliza colas de comandos paralelas y un “bucle de sondeo” en lugar del controlador de dispositivo basado en “interrupciones” de sus predecesores. Este enfoque reduce la latencia y los gastos generales del sistema, lo que ayuda a evitar los cuellos de botella de la CPU y a mejorar el rendimiento general.

Otro diferenciador importante de las especificaciones NVMe es su factor de forma, o la forma en la que el tamaño, la configuración y el diseño físico afectan a su compatibilidad con otros dispositivos. En 2020, la Storage Networking Industry Association (SNIA) se reunió para establecer el factor de forma estándar para centros de datos y empresas (EDSFF) a fin de crear un marco acordado en toda la industria para la tecnología SSD.

El factor de forma estándar acordado para un SSD es de 2,5 pulgadas, que cabe fácilmente en el compartimento de unidades de la mayoría de ordenadores portátiles y equipos de escritorio, lo que hace que las SSD NVMe sean altamente compatibles con la tecnología existente. Como la unidad de 2,5  pulgadas se utiliza ampliamente tanto en entornos informáticos de consumo como comerciales, reemplazar una HDD por una SSD NVMe es sencillo y directo para los usuarios que desean mejorar el rendimiento de su sistema.

Uno de los factores de forma más utilizados para SSD, M.2 es un estándar de conector físico. Aunque el término se utiliza a menudo en debates sobre unidades basadas en NVMe, NVMe en este contexto se refiere al factor de forma físico más que al protocolo en sí.

Las unidades SSD NVMe pueden acoplarse a una ranura PCIe de una placa del sistema para obtener el máximo rendimiento. Sin embargo, M.2 es un factor de forma compacto que permite almacenamiento de alto rendimiento en dispositivos delgados y ligeros, como ordenadores portátiles y tablets.

Para obtener una explicación más detallada de NVMe y M.2, lea: NVMe vs. M.2: ¿Cuál es la diferencia?

La memoria dinámica de acceso aleatorio (DRAM) es un tipo de memoria de acceso aleatorio (RAM) ampliamente utilizada en la que confían los ordenadores personales (PC), los servidores y las estaciones de trabajo. Hay dos variedades de las SSD NVMe: con DRAM y sin DRAM. 

Las SSD NVMe con DRAM son más caras y rápidas que las sin DRAM, y son una mejor opción para aplicaciones que requieren muchos gráficos, como software de edición de fotos o vídeo. Las NVME sin DRAM son más asequibles y lentas, pero siguen siendo mucho más rápidas que las HDD o las SSD SATA. Estos aspectos los convierten en buenas opciones para los usuarios que no necesitan tanta velocidad o rendimiento para las aplicaciones que ejecutan.

NVMe-oF (memoria no volátil express sobre estructuras) es una especificación de protocolo que conecta hosts a almacenamiento compartido con estructuras de red (por ejemplo, Ethernet, Fibre Channel, RDMA), lo que permite una comunicación de alta velocidad y baja latencia.

Mientras que NVMe se conecta directamente a través de PCIe con una unidad y un host, los servidores NVMe over Fabrics funcionan en redes con mayor alcance. NVMe-oF no ha reemplazado a NVMe, sino que la complementa al permitir el rendimiento de NVMe a través del almacenamiento compartido conectado a la red.

Estas son algunas de los principales beneficios del almacenamiento NVMe en comparación con las unidades SSD SAS o SATA:

• Mejor rendimiento: la tecnología NVMe puede utilizar un PCIe para conectar el almacenamiento SSD directamente a un servidor o unidad central de procesamiento/procesador (CPU). Esta notable mejora en el rendimiento de NVMe lo ha convertido en la opción preferida de almacenamiento de datos y transferencia para jugadores, editores de vídeo y otros usuarios que requieren un rendimiento superior al que pueden ofrecer los discos duros SAS o SATA.

• Mayor velocidad: las unidades NVMe pueden ofrecer velocidades mucho más altas que las unidades SAS o SATA porque pueden enviar y recibir comandos NVMe más rápido y ofrecen un mayor rendimiento.

• Mayor compatibilidad: NVMe ofrece un rendimiento significativo sobre SAS/SATA y se actualiza con frecuencia para admitir tecnologías críticas y de rápido movimiento, como IA, ML y cloud computing. Es compatible con los sistemas operativos (SO) modernos, incluidas las plataformas móviles, y se utiliza en ordenadores portátiles y consolas de juegos.

• Ancho de banda mejorado: la conexión PCIe es más ancha y tiene más ancho de banda que los puertos SAS o SATA. También mejora con cada generación, duplicando el ancho de banda de la generación anterior. SAS y SATA tienen conexiones de menor ancho de banda y son fijas, por lo que no mejoran con el tiempo. Otra característica que distingue a las conexiones PCIe es que son escalables en "carriles", por lo que incluso en la misma generación, los usuarios pueden duplicar el ancho de banda con el doble de carriles. Para profundizar en NVMe y SATA, consulte "NVMe vs. SATA: ¿Cuál es la diferencia?"

La baja latencia, la eficiencia energética y la capacidad de almacenar y transferir datos a una velocidad mayor que las unidades SAS y SATA hacen de NVMe una opción muy interesante tanto para uso empresarial como para el consumidor. Además de aumentar el rendimiento y la capacidad de almacenamiento de datos, las SSD NVMe están más disponibles que las SSD SAS o SATA y están disponibles en empresas de consumo, incluidas Intel y Samsung.

Estos son algunos casos de uso comunes de NVMe.

La alta velocidad, la capacidad de programación y la capacidad de NVMe para gestionar el procesamiento paralelo lo hacen ideal para una amplia gama de aplicaciones de computación de alto rendimiento (HPC), incluyendo el comercio de alta frecuencia, la IA y el ML.

Muchas aplicaciones de vanguardia requieren una gran profundidad de cola para el almacenamiento. A diferencia de sus predecesores SAS/SATA, NVMe puede almacenar hasta 65 000 colas y comandos por cola, lo que permite procesar muchos más comandos simultáneamente. 

Las SSD NVMe ayudan a los centros de datos a ampliar su capacidad de almacenamiento de datos y ofrecen un mayor rendimiento a un precio comparable a las SSD SATA, lo que lleva a muchas empresas modernas a hacer el cambio.

Según un informe de Enterprise Strategy Group, casi tres cuartas partes de las organizaciones están utilizando almacenamiento SSD basado en la NVMe o planean implementarlo en los próximos 12 meses.

Tanto si está editando un vídeo de una reunión familiar como si está trabajando en un largometraje de animación, las velocidades de transferencia de datos más rápidas de NVMe aceleran drásticamente la edición de vídeo. En pocas palabras, editar y renderizar una escena en un software de edición de vídeo genera una gran cantidad de datos. Una SSD NVMe puede gestionar todos estos datos sin ralentizar el proceso.

La implementación de NVMe en aplicaciones DevOps contenerizadas ha acortado el tiempo de grandes compilaciones y acelerado las iteraciones de codificación para muchos desarrolladores. 

NVMe también está haciendo que el desarrollo sea más rápido y menos costoso, lo que ayuda a los equipos a iniciar aplicaciones más rápido con una gama más amplia de herramientas a su disposición.

Los sistemas basados en NVMe aceleran el rendimiento de las aplicaciones y reducen el número de servidores físicos necesarios para las bases de datos relacionales, lo que permite a las organizaciones procesar las consultas de forma más eficiente y con menores costes de infraestructura.

En entornos virtualizados (por ejemplo, VMware, VDI), NVMe reduce la latencia de almacenamiento y elimina cuellos de botella de E/S que ocurren cuando múltiples máquinas virtuales (VM) compiten por recursos de almacenamiento.

Además, NVMe permite procesar miles de comandos a la vez, lo que permite a los servidores admitir más máquinas virtuales manteniendo la velocidad y la fiabilidad.

Las SSD NVMe de alta velocidad aceleran el entrenamiento de ML y modelos de IA al proporcionar acceso rápido a grandes conjuntos de datos. Esto respalda el procesamiento del lenguaje natural (PLN) y el análisis predictivo, donde se requiere la toma de decisiones en tiempo real para cargas de trabajo relacionadas con diagnósticos médicos y modelos financieros con IA.