SSD e NVMe: qual è la differenza?

I recenti progressi tecnologici nell'archiviazione dei dati hanno spinto aziende e consumatori a passare da dischi rigidi (HDD) verso la tecnologia dei solid-state drive (SSD), più veloci e con una latenza inferiore. In questo post, esamineremo questa nuova tecnologia, nonché il protocollo più veloce e popolare disponibile per collegarla alla scheda madre di un computer: non volatile memory express (NVMe).

Sebbene i termini SSD e NVMe siano spesso usati per descrivere due diversi tipi di unità, sono tecnologie di data storage che possono essere utilizzate per completarsi a vicenda. Gli SSD sono un tipo di storage basato su semiconduttori utilizzato con l'archiviazione flash e NVMe è un protocollo per il trasferimento dei dati con overhead di sistema ridotti per operazioni di input/output al secondo (I/O o IOPS) utilizzato negli SSD con memoria flash.

Le differenze tra la tecnologia NVMe e SSD sono sottili e possono creare confusione. Sebbene ogni dispositivo NVMe sia anche un'unità SSD drive, non tutte le unità SSD drive sono unità NVMe. Secondo un report IDC (International Data Corporation) del 2023, l'NVMe è stato progettato per velocizzare il trasferimento dei dati ai sistemi connessi tramite PCI express, un bus di espansione seriale standard per collegare un computer a uno o più dispositivi periferici. Tuttavia, non tutti gli SSD utilizzano la tecnologia PCIe: alcuni utilizzano le vecchie interfacce SATA e SAS progettate per gli HDD, il che li rende compatibili con i dispositivi più vecchi.

Prima dell'invenzione degli SSD, gli HDD e le unità floppy erano i tipi di archiviazione più utilizzati sul mercato. Ma mentre gli HDD e le unità floppy si affidavano entrambi al sistema magnetico per memorizzare i dati, gli SSD utilizzano una nuova tecnologia chiamata NAND, un tipo di storage non volatile che non richiede potenza per conservare i dati. In un SSD, ogni chip di memoria è costituito da blocchi che contengono celle (note anche come pagine o settori), ognuna con i propri bit di memoria.
A differenza degli HDD, che hanno latenza e tempo di accesso intrinseci a causa dei piatti ai piatti, dei dischi rotanti e delle testine di lettura/scrittura, gli SSD non contengono parti mobili, il che li rende molto più veloci. Dall'inizio alla metà degli anni 2000, gli SSD sono diventati sempre più popolari sia nel mercato dei consumatori che in quello aziendale grazie alle loro prestazioni superiori e alla loro velocità fulminea.

Per ottenere la massima velocità di trasferimento dei dati, quello che cerchi è l'SSD NVMe. Tramite Peripheral Component Interconnect Express (PCIe), gli SSD NVMe possono raggiungere velocità di trasferimento fino a 20 gigabyte al secondo (Gbps), più di tre volte superiore rispetto a quella di un SSD SATA. Un'altra caratteristica attraente di un'unità NVMe sta proprio nel suo nome: la memoria non volatile. Questa specifica significa che, a differenza di altri tipi di unità, non è necessaria potenza affinché un dispositivo NVMe conservi la propria memoria. Inoltre, a differenza di altre tecnologie, lo storage NVMe può connettersi direttamente alla CPU di un computer utilizzando un socket PCIe e consentire alla memoria flash dell'unità di funzionare tramite PCIe anziché tramite driver SATA, che è più lento. 

Un altro tipo popolare di SSD è l'unità SATA, che è diventata più popolare di recente grazie alla sua compatibilità con le tecnologie precedenti. Sebbene le SSD NVMe abbiano ancora una maggiore larghezza di banda, molti computer meno recenti non supportano né la tecnologia NVMe né PCIe, rendendo l'interfaccia SATA M.2 l'opzione migliore. Gli SSD SATA possono raggiungere una velocità massima di trasferimento dati di sei gigabyte al secondo (Gbps), più lenta di altre interfacce più recenti, ma comunque notevolmente più veloce di un HDD tradizionale.

Le unità M.2, introdotte nel 2012, sono un tipo di SSD che può essere collegato direttamente alla scheda madre di un computer utilizzando un fattore di forma M.2. Rispetto ad altri tipi di SSD, le unità M.2 sono più efficienti dal punto di vista energetico e occupano meno spazio. Sono anche più piccole e veloci degli SSD da 2,5 pollici, ampiamente utilizzate e non richiedono cavi di alcun tipo per il collegamento. Nonostante le loro dimensioni relativamente ridotte, gli M.2 possono contenere la stessa quantità di dati dei loro pari, fino a otto terabyte (TB), e sono compatibili con qualsiasi scheda madre dotata di slot M.2. Quando utilizzano l'interfaccia NVMe, gli SSD M.2 NVMe possono offrire tra le velocità di trasferimento dati più elevate oggi disponibili.

Un SSD PCIe è una scheda di espansione che collega un computer a vari componenti (come una scheda grafica o un componente di storage esterno) utilizzando lo standard bus di espansione seriale PCIe. Gli slot PCIe sono disponibili in cinque diverse dimensioni (x2, x3, x4... ecc.), dove la x indica il numero di corsie di ciascuna scheda per il trasferimento dei dati.
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NVMe (Non-volatile Memory Express) è un protocollo di trasferimento dati progettato per il flash storage e gli SSD. È stato introdotto nel 2011 come alternativa ai protocolli SATA e Serial Attached SCSI (SAS) che all'epoca erano lo standard del settore e offre una produttività migliore rispetto ai suoi predecessori. Oltre ai miglioramenti apportati allo storage e alla tecnologia rispetto ai suoi predecessori, NVMe ha contribuito allo sviluppo di importanti tecnologie che venivano sviluppate contemporaneamente, tra cui l'Internet of Things (IoT), l' AI (intelligenza artificiale) e l'apprendimento automatico (ML).

Dal 2011, la Tecnologia NVMe si è distinta per l'elevata larghezza di banda e le velocità di trasferimento veloce dei dati. Grazie ai miglioramenti apportati ai driver NVMe che consentono il parallelismo e il polling, gli SSD NVMe possono ottimizzare i tempi di risposta e la velocità di scrittura e contribuire a ridurre la latenza per evitare colli di bottiglia della CPU. Inoltre, la Tecnologia NVMe ha un'impronta inferiore a livello aziendale e consuma meno Power®  rispetto alla popolare Small Computer System Interface (SCSI).

Le unità NVMe ad alte prestazioni possono superare i 3000 megabyte al secondo (MB/s), e alcuni dei modelli più recenti che raggiungono velocità fino a 7500 MB/s. A differenza del suo predecessore, Serial Advanced Technology Attachment (SATA), NVMe è stato progettato per supporti di archiviazione non volatili ad alte prestazioni, il che lo rende una scelta eccellente per ambienti di elaborazione impegnativi e ricchi di dati.

Gli SSD NVMe possono eseguire decine di migliaia di code di comando parallele contemporaneamente, un altro elemento chiave di differenziazione rispetto alle unità che utilizzano il vecchio e più lento protocollo SCSI, e possono distribuire una sola coda di comando. Con SSD NVMe, il metodo di connessione è indipendente dal protocollo. Ad esempio, i connettori NVMe PCIe possono accedere a una singola unità attraverso un collegamento PCIe che esegue il protocollo NVMe. 

Gli SSD NVMe accedono al flash storage tramite un bus PCIe che elimina il controller "intermediario", riducendo notevolmente la latenza. Tuttavia, le NVME possono funzionare anche su qualsiasi tipo di interconnessione "fabric", come Fibre Channel ed Ethernet, e all'interno di Ethernet, iWARP, ROCEv2, iSER e NVMe-TCP. PCIe Gen4 è la specifica PCI Express più recente e la sua velocità di trasferimento dati è doppia rispetto a quella di Gen3. Mentre le PCIe Gen3 hanno una velocità di trasferimento di 8 giga al secondo (GT/s) per corsia PCIe, la velocità delle Gen4 è di 16 GT/s, ovvero 2 GB/s per corsia PCIe.

Gli SSD NVMe possono eseguire decine di migliaia di code di comando parallele contemporaneamente, un altro elemento chiave di differenziazione rispetto alle unità che utilizzano il vecchio e più lento protocollo SCSI, e possono distribuire una sola coda di comando. Con SSD NVMe, il metodo di connessione è indipendente dal protocollo. Ad esempio, i connettori NVMe PCIe possono accedere a una singola unità attraverso un collegamento PCIe che esegue il protocollo NVMe. 

Non c'è modo di confrontare in modo accurato la tecnologia NVMe e quella SSD, poiché sono diverse e spesso si completano a vicenda. Gli SSD NVMe offrono le velocità di trasferimento dati tra le più elevate disponibili, ma ciò non significa che siano necessariamente la scelta giusta per le tue esigenze. Quando si sceglie una soluzione di archiviazione di dati, entrano in gioco molti fattori. Per facilitare il processo, abbiamo confrontato alcune delle opzioni più popolari disponibili in base a quattro fattori critici: prezzo, specifiche tecniche, storage e velocità.

• Prezzo: fino a poco tempo fa, gli SSD SATA erano relativamente più economici degli SSD NVMe, il che li rendeva una scelta interessante per gli utenti più attenti al budget. Tuttavia, negli ultimi anni il prezzo degli SSD NVMe è calato man mano che la tecnologia diventa più ampiamente disponibile, il che rende il prezzo sempre meno un fattore di differenziazione. Oggi, il popolare SSD di Samsung, sia nella varietà NVMe che SATA e con storage comparabile, ha un prezzo compreso tra i 64 e i 130 USD su Amazon.
• Specifiche tecniche: molti dispositivi meno recenti non supportano la tecnologia NVMe più recente e veloce, il che rende un SSD SATA la scelta necessaria. Prima di acquistare un SSD, gli utenti devono anche assicurarsi che il proprio sistema disponga di un numero sufficiente di connessioni PCIe per supportare il numero di dispositivi che desiderano connettere. Molte schede madri hanno solo due o tre slot, il che limiterà il numero di dispositivi che possono connettere.
• Capacità di storage: gli SSD NVMe e SATA di solito sono disponibili in opzioni da 1 TB o 2 TB. Gli utenti che cercano una maggiore capacità possono passare ai modelli da 4 TB e 8 TB, ma a un prezzo più alto. Al momento della scrittura di questo articolo, gli SSD NVMe e SATA da 4 TB costano tra i 200 e i 300 USD su Amazon, mentre gli SSD da 8 TB costano circa 400 USD.
• Velocità: il principale elemento di differenziazione degli SSD NVMe è la velocità e le prestazioni. La tecnologia NVMe utilizza un'interfaccia PCIe che le consente di connettersi direttamente a una CPU, riducendo la latenza e migliorando la reattività. Ma alcuni utenti semplicemente non hanno bisogno di quel livello di velocità, nel qual caso un SSD SATA potrebbe essere un'opzione leggermente più economica. Sebbene non siano altrettanto veloci, gli SSD SATA trasferiscono comunque i dati più velocemente rispetto alle loro controparti HDD più vecchie. A seconda delle tue esigenze, le velocità di un SSD SATA potrebbero essere sufficienti.

A livello aziendale, la velocità e le prestazioni della tecnologia NVMe sono difficili da ignorare. Sebbene alcune aziende utilizzino ancora SSD SATA, sono più comuni tra i consumatori che desiderano aumentare la velocità e le prestazioni di un laptop o PC che utilizzano per i giochi o per eseguire applicazioni da ufficio di base. Ecco alcuni dei casi d'uso più comuni per gli SSD.

• Elaborazione ad alte prestazioni/alta velocità: la capacità degli SSD NVMe di gestire l'elaborazione parallela li rende una soluzione ideale per molti degli ambienti di elaborazione più esigenti e complessi di oggi. Molte applicazioni ad alta richiesta, come le app di trading finanziario ad alta frequenza e le distribuzione di AI e ML, si affidano agli SSD NVMe per un accesso rapido a grandi volumi di dati.
• Applicazioni ad alta intensità di calcolo: le app che presentano caratteristiche di interazioni in tempo reale con i clienti spesso si affidano alla tecnologia NVMe per eseguire il loro workload. Alcuni esempi di queste app includono il commercio elettronico, la finanza personale e molte applicazioni cloud-native.
• Data center: gli SSD NVMe aiutano i data center di tutto il mondo ad ampliare le loro capacità di archiviazione e a raggiungere velocità di trasferimento elevatissime. Sebbene gli SSD SATA siano ancora in uso a livello aziendale, secondo un recente report di Enterprise Strategy Group (ESG), quasi tre quarti delle aziende hanno già effettuato il passaggio allo storage SSD NVMe o hanno intenzione di farlo nel prossimo anno.
• Montaggio video: molti editor video utilizzano SSD NVMe e SATA per espandere lo storage e ottenere comunque le velocità di elaborazione elevate di cui hanno bisogno. Un esempio è l'SSD NVMe M.2 sottile, piccolo e altamente portatile, una soluzione ideale per computer leggeri come laptop, notebook e ultrabook.
• Giochi: i gamer più seri di tutto il mondo dipendono dalla rapidità dei tempi di caricamento forniti dagli SSD NVMe e SATA. Entrambi i tipi di SSD possono offrire un'esperienza di gioco fluida e veloce a prezzi comparabili, oltre a migliorare la velocità e le prestazioni delle applicazioni quotidiane per qualsiasi build di PC.

Gli SSD aiutano i consumatori e le aziende a raggiungere le velocità di trasferimento veloce dei dati di cui hanno bisogno. Per gli appassionati di gaming e gli editor di video, i vecchi SSD SATA sono spesso sufficienti, ma per i workload aziendali, l'SSD NVMe sta rapidamente diventando lo standard del settori. IBM® Storage FlashSystem 5300 offre uno storage compatto e potente, insieme a tutti i benefici della tecnologia NVMe. Il modello 5300 aiuta le aziende a ottenere maggiore velocità, prestazioni e scalabilità dalla propria soluzione di data storage.