NVM express se desarrolló de 2008 a 2011 para reemplazar los protocolos de anexo de tecnología avanzada en serie (SATA) e interfaz pequeña de sistema informático (SCSI) conectada en serie (SAS). Las mejoras de la NVMe en latencia y rendimiento sobre sus competidores contribuyeron al desarrollo de otras tecnologías importantes, incluidos el internet de las cosas (IoT), la inteligencia artificial (IA) y el aprendizaje automático (ML). 

Hoy en día, los usuarios exigen a sus aplicaciones tiempos de respuesta más rápidos que nunca. El protocolo de NVMe se creó para ofrecer una experiencia de próxima generación, de alto rendimiento, gran ancho de banda y baja latencia, independientemente del tipo de aplicación que esté implementando el usuario. Las SSD de NVMe acceden al almacenamiento flash principalmente a través de un bus de interconexión exprés de componentes periféricos (PCIe) que elimina el controlador “intermediario”, lo que reduce la latencia. Sin embargo, las NVMe también puede ejecutarse en cualquier tipo de interconexión de “estructura”, como Fibre Channel y Ethernet, y dentro de Ethernet, iWarp, RoCEv2, iSER y NVMe-TCP.

Las SSD de NVMe pueden ejecutar decenas de miles de colas de comandos en paralelo y ejecutar programas a mayor velocidad que las unidades conectadas mediante protocolo de SCSI, que solo pueden desplegar una única cola de comandos. El método de conexión es independiente del protocolo; por ejemplo, NVMe PCIe puede conectar una única unidad a través de un enlace PCIe que ejecute el protocolo de NVMe.

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

Si bien los discos duros (HDD) eran el método preferido del sector para almacenar y acceder a los datos, SATA y SAS eran las soluciones adecuadas. Ambas tecnologías se diseñaron como interfaces de almacenamiento SCSI para facilitar la transferencia de datos hacia y desde las HDD. SAS conecta una única unidad a través de un puerto SAS que ejecuta el protocolo de SCSI y, a continuación, se conecta a un enlace de PCIe. SATA conecta una sola unidad mediante un puerto SATA que ejecuta el protocolo ATA a través de un controlador ATA que, a su vez, se conecta a un enlace de PCIe. 

Hasta hace poco, la mayoría de las 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 el sector del almacenamiento, SAS y SATA se convirtieron en una solución cada vez más complicada, ya que habían sido diseñados para su uso con las HDD. Según un informe de 2023 de International Data Corporation (IDC), NVMe se diseñó para acelerar la transferencia de datos a sistemas conectados a través de PCI express, un bus de expansión en serie que es estándar para conectar una computadora a uno o más dispositivos periféricos. (2) 

Además del hecho de que se diseñó específicamente para utilizarse con las SSD, el protocolo de NVMe es más ágil que la SCSI, por lo que es una mejor solución para aplicaciones en tiempo real, como ML e IA. Con la creciente popularidad de los entornos de computación en la nube, NVMe también está bien posicionado para admitir entornos de de almacenamiento de nube híbrida, multicloud y mainframe debido a su gran rendimiento y protección de datos incorporados. 

Estas son algunas de las ventajas de utilizar almacenamiento NVMe frente a unidades SAS o SATA:

Mejor rendimiento: la tecnología de NVMe puede utilizar una PCIe para conectar el almacenamiento SSD directamente a un servidor o una unidad central de procesamiento(CPU). Esta notable mejora del rendimiento ha convertido a la tecnología de NVMe en la opción preferida de almacenamiento y transferencia de datos para jugadores, editores de video y otros usuarios que requieren un rendimiento superior al que pueden ofrecer las HDD de SAS o SATA.

Mayor velocidad: las unidades de NVMe pueden ofrecer velocidades mucho mayores que las unidades de SAS o SATA porque pueden enviar y recibir comandos NVMe más rápido y ofrecer un mejor rendimiento.

Mayor compatibilidad: NVMe se considera en general una opción más compatible que SAS o SATA y se actualiza con frecuencia a medida que se desarrolla junto con tecnologías tan importantes y en rápida evolución como la IA, el ML y la computación en la nube. La tecnología NVMe puede funcionar sin problemas con todos los sistemas operativos modernos, incluidos teléfonos móviles, computadoras portátiles y consolas de juegos.

Ancho de banda mejorado: la conexión PCIe es mucho más amplia y tiene más ancho de banda que los puertos SAS o SATA. Además, mejora con cada generación, duplicando el ancho de banda de la anterior. SAS y SATA tienen conexiones con un ancho de banda mucho menor 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 más en NVMe y SATA, consulte “NVMe vs. SATA: ¿cuál es la diferencia?

Hasta la llegada de las SSD y el almacenamiento flash, SATA se utilizaba con todos los sistemas de almacenamiento de HDD. Sin embargo, a medida que las aplicaciones móviles, los videojuegos y las nuevas tecnologías como la IA aumentaron las exigencias de los entornos informáticos, las limitaciones de SATA se hicieron evidentes. En concreto, la baja velocidad y ancho de banda de SATA empezaron a ralentizar las grandes transferencias de datos, clave para la funcionalidad de las nuevas aplicaciones.

NVMe se inventó como una mejor opción de almacenamiento y transferencia de datos que SATA para las SSD en entornos en los que se necesitaban grandes transferencias de datos sin ralentizar los tiempos de procesamiento. NVMe permite a las SSD conectarse directamente a la CPU mediante el bus de PCIe y un adaptador M.2 o U.2, igual que con una unidad SATA. NVMe permite a las SSD conectarse directamente a la CPU y leer y escribir gran cantidad de datos con rapidez.  

Para lograr un mayor rendimiento, NVMe define una interfaz de registro, un conjunto de comandos y un grupo de funciones para las SSD basadas en PCIe. Una vez conectado a través del bus de PCIe, el protocolo de NVMe facilita una menor latencia y ayuda a optimizar las operaciones de E/S por segundo (IOPS).

Los controladores NVMe son compatibles con muchos tipos de sistemas operativos (SO) populares, incluidos Windows, Linux y macOS. Además, el protocolo de NVMe admite todo tipo de NVM, incluidas las SSD con flash NAND. Por último, NVMe utiliza colas de comandos paralelas y un “bucle de sondeo” en lugar del controlador de dispositivo basado en "interrupciones" de sus predecesores, lo que reduce la latencia y los gastos generales del sistema y ayuda a evitar cuellos de botella en la CPU, como cuando una tarjeta gráfica funciona más rápido que la CPU subyacente.   

Factores de forma de las SSD de NVMe

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

El factor de forma estándar acordado para una SSD fue de 2,5 pulgadas, que cabe fácilmente en la bahía de unidades de la mayoría de computadoras portátiles y de escritorio, lo que hace que las SSD de NVMe sean muy compatibles con la tecnología existente. Dado que la unidad de 2,5 pulgadas se utiliza ampliamente tanto en entornos informáticos de consumo como comerciales, sustituir una HDD por una SDD de NVMe es sencillo y directo para los usuarios que deseen mejorar el rendimiento de su sistema.

Unidades NVMe m.2

Las SSD M.2 son otro factor de forma física o conector utilizado en las SSD. Aunque el término se utiliza a menudo indistintamente con NVMe, son diferentes tipos de tecnología de almacenamiento. Mientras que las SSD de NVMe se acoplan a una ranura PCIe de una placa madre, lo que les proporciona una velocidad de transferencia de datos muy superior a la de sus competidoras, las unidades m.2 son un factor de forma físico, o conector, que permite un almacenamiento de gran rendimiento en dispositivos pequeños y con limitaciones de potencia, como computadoras portátiles y tabletas ultradelgadas.

NVMe y memoria dinámica de acceso aleatorio

La memoria dinámica de acceso aleatorio (DRAM) es un tipo de memoria de acceso aleatorio (RAM) muy utilizado en computadoras personales (PC), servidores y estaciones de trabajo. Los SSD de NVMe vienen en variedades con DRAM y sin DRAM. Las SSD de NVMe con DRAM son más caras y rápidas que las sin DRAM, y son una mejor opción para aplicaciones de uso intensivo de gráficos, como el software de edición de fotos o videos. Las NVMe sin DRAM son más asequibles y más lentas, pero siguen siendo mucho más rápidos que las HDD o las SSD de SATA, lo que las convierte en buenas opciones para los usuarios que no necesitan tanta velocidad o rendimiento para las aplicaciones que ejecutan.