Le NVM express a été développé de 2008 à 2011 pour remplacer les protocoles SATA (Serial Advanced Technology Attachment) et SAS (Serial Attached SCSI). Les améliorations de la latence et des performances de NVMe par rapport à ses concurrents ont contribué au développement d’autres technologies importantes, notamment l’Internet des objets (IoT), l’intelligence artificielle (IA) et le machine learning (ML). 

Aujourd’hui, les utilisateurs exigent des temps de réponse plus rapides que jamais de la part de leurs applications. Le protocole NVMe a été conçu pour offrir une expérience de nouvelle génération, hautes performances, à large bande passante et à faible latence, quel que soit le type d’application déployée par l’utilisateur. Les SSD NVMe accèdent au stockage flash principalement via un bus PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) qui supprime le contrôleur « intermédiaire », réduisant ainsi la latence. Cependant, les SSD NVMe peuvent également fonctionner sur n'importe quel type d'interconnexion « fabric », telle que Fibre Channel et Ethernet, et au sein d'Ethernet, iWarp, RoCEv2, iSER et NVMe-TCP.

Les SSD NVMe peuvent gérer des dizaines de milliers de files d'attente de commandes parallèles et exécuter des programmes à des vitesses supérieures à celles des disques connectés à l'aide du protocole SCSI, qui ne peuvent déployer qu'une seule file d'attente de commandes. La méthode de connexion est indépendante du protocole ; par exemple, NVMe PCIe peut connecter un seul disque via une connexion PCIe exécutant le protocole NVMe.

Le NVMe a été conçu pour les supports de stockage non volatils à hautes performances, ce qui le rend idéal pour les environnements actuels exigeants et à forte intensité de calcul, tels que les logiciels d'édition graphique, les environnements de cloud computing, les microprogrammes et les grandes bases de données. Le NVMe traite les workloads d'entreprise rapidement et efficacement avec un encombrement d'infrastructure plus petit. Et il nécessite moins d'énergie que le SCSI.

Alors que les disques durs (HDD) étaient la méthode préférée du secteur pour stocker et accéder aux données, les SATA et SAS étaient des solutions appropriées. Ces deux technologies ont été conçues en tant qu'interfaces de stockage SCSI pour faciliter le transfert de données vers et depuis des disques durs. Le SAS connecte un seul disque via un port SAS exécutant le protocole SCSI qui se connecte ensuite à une connexion PCIe. Le SATA connecte un seul disque via un port SATA exécutant le protocole ATA via un contrôleur ATA qui se connecte ensuite à une PCIe. 

Jusqu'à il y a peu, la plupart des SSD utilisaient le SAS ou le SATA pour se connecter au système informatique. Cependant, avec l'essor de la technologie des SSD dans le secteur du stockage, les SAS et SATA sont devenus de plus en plus difficiles à utiliser, car ils ont été conçus pour être utilisés avec des disques durs. Selon un rapport d'International Data Corporation (IDC) datant de 2023, le NVMe a été conçu pour accélérer le transfert de données vers des systèmes connectés via un PCI express, un bus d'expansion en série standard pour connecter un ordinateur à un ou plusieurs périphériques. (2) 

Outre le fait qu'il a été conçu spécifiquement pour être utilisé avec des disques SSD, le protocole NVMe est plus rationalisé que le SCSI, ce qui en fait une meilleure solution pour les applications en temps réel, telles que le ML et l'IA. Compte tenu de la popularité croissante des environnements de cloud computing, le NVMe est également idéal pour prendre en charge les environnements de stockage cloud hybride, multicloud et mainframe en raison de ses hautes performances et de sa protection des données intégrées. 

Voici quelques-uns des avantages de l’utilisation du stockage NVMe sur des disques SAS ou SATA :

Meilleures performances : la technologie NVMe peut utiliser une PCIe pour connecter le stockage SSD directement à un serveur ou à une unité centrale de traitement (CPU). Cette nette amélioration des performances a fait de la technologie NVMe l’option de stockage/transfert de données préférée des gamers, des monteurs vidéo et d’autres utilisateurs qui ont besoin de performances supérieures à celles offertes par les disques durs SAS ou SATA.

Vitesse plus élevée : les disques NVMe peuvent fournir des vitesses beaucoup plus élevées que les disques SAS ou SATA, car ils peuvent envoyer et recevoir des commandes NVMe plus rapidement et offrir un meilleur débit.

Compatibilité accrue : le NVMe est largement considéré comme une option plus compatible que les SAS/SATA et est fréquemment mis à jour au fur et à mesure qu'il se développe parallèlement à des technologies essentielles et en évolution rapide telles que l'IA, le ML et le cloud computing. La technologie NVMe fonctionne parfaitement avec tous les systèmes d'exploitation modernes, y compris les téléphones mobiles, les ordinateurs portables et les consoles de jeu.

Bande passante améliorée : la connexion PCIe est beaucoup plus large et dispose de plus de bande passante que les ports SAS ou SATA. Elle s'améliore également à chaque génération, doublant la bande passante de la génération précédente. Les connexions SAS et SATA ont une bande passante beaucoup plus faible et sont fixes, de sorte qu'elles ne s'améliorent pas au fil du temps. Les connexions PCIe se distinguent également par le fait qu'elles sont modulables en « voies ». Ainsi, même au sein d'une même génération, les utilisateurs peuvent doubler la bande passante en multipliant par deux le nombre de voies. 

Pour en savoir plus sur le NVMe et le SATA, consultez « NVMe vs SATA : Quelle est la différence ? »

Jusqu'à l'avènement des SSD et du stockage flash, le SATA était utilisé avec tous les systèmes de stockage HDD. Cependant, comme les applications mobiles, les jeux vidéo et les nouvelles technologies telles que l'IA ont accru les exigences en matière d'environnements informatiques, les limites du SATA sont devenues évidentes. Plus précisément, la faible vitesse et la bande passante du SATA ont commencé à ralentir les transferts de données importants qui étaient essentiels aux fonctionnalités des nouvelles applications.

Le NVMe a été inventé pour être une meilleure option de stockage/transfert de données que SATA pour les SSD dans les environnements où des transferts de données volumineux étaient nécessaires sans ralentir les temps de traitement. Le NVMe permet aux SSD de se connecter directement au processeur à l'aide du bus PCIe et d'un adaptateur M.2 ou U.2, comme pour un disque SATA. Le NVMe permet aux SSD de se connecter directement au processeur et de lire et d'écrire rapidement de gros volumes de données.  

Pour obtenir des performances supérieures, le NVMe définit une interface de registre, un ensemble de commandes et un groupe de fonctionnalités pour les SSD basés sur PCIe. Une fois connecté via le bus PCIe, le protocole NVMe facilite une latence plus faible et aide à optimiser le nombre d'opérations d'E/S par seconde (IOPS).

Les pilotes NVMe prennent en charge de nombreux systèmes d'exploitation (OS), notamment Windows, Linux et MacOS. En outre, le protocole NVMe prend en charge tous les types de NVM, y compris les SSD à mémoire flash NAND. Enfin, le NVM utilise des files d'attente de commandes parallèles et une « boucle d'interrogation » plutôt que le pilote de périphérique basé sur les « interruptions » de ses prédécesseurs, ce qui réduit la latence et les frais généraux du système et permet d'éviter les goulots d'étranglement du CPU, par exemple lorsqu'une carte graphique fonctionne plus rapidement que le CPU sous-jacent.   

Facteurs de forme SSD NVMe

Un autre facteur de différenciation important des spécifications NVMe est le facteur de forme, c'est-à-dire la manière dont la taille, la configuration et la conception physique influent sur la compatibilité avec d'autres dispositifs. Récemment, la Storage Networking Industry Association (SNIA) a convenu d'établir le Enterprise and Datacenter Standard Form Factor (EDSFF) pour créer un cadre convenu à l'échelle du secteur pour la technologie SSD.

Le facteur de forme standard convenu pour un SSD était de 2,5 pouces, qui s'insère facilement dans la baie de disque de la plupart des ordinateurs portables et de bureau, rendant les SSD NVMe hautement compatibles avec la technologie existante. Étant donné que le disque de 2.5 pouces est largement utilisé dans les environnements informatiques grand public et commerciaux, le remplacement d'un disque dur par un NVMeSDD est simple et direct pour les utilisateurs souhaitant mettre à niveau les performances de leur système.

Disques NVMe m.2

Les SSD M.2 sont un autre facteur de forme physique ou connecteur utilisé pour les SSD. Bien que le terme soit souvent utilisé de manière interchangeable avec le NVMe, il s'agit de différents types de technologies de stockage. Alors que les disques SSD NVMe se fixent à un PCIeslot sur une carte mère, leur taux de transfert de données est beaucoup plus élevé que leurs concurrents, tandis que les disques m.2 sont un facteur physique ou un connecteur qui permettent un stockage de haute performance dans de petits appareils à faible consommation d'énergie, tels que les ordinateurs portables et les tablettes ultra fins.

Le NVMe et la mémoire vive dynamique

La mémoire vive dynamique (DRAM) est un type de mémoire vive (RAM) très répandu sur lequel s'appuient les ordinateurs personnels (PC), les serveurs et les postes de travail. Les SSD NVMe sont disponibles en versions DRAM et sans DRAM. Les SSD NVMe avec DRAM sont plus coûteux et plus rapides que ceux sans DRAM, et ils constituent une meilleure option pour les applications à forte consommation de graphiques comme les logiciels de retouche photo ou vidéo. Les NVMe sansDRAM sont plus abordables et plus lents, mais toujours beaucoup plus rapides que les disques durs ou les disques SSD SATA, ce qui en fait de bonnes options pour les utilisateurs qui n'ont pas besoin d'autant de vitesse ou de performances pour les applications qu'ils utilisent.