¿Qué es NVMe?

Las SSD de la NVMe pueden ofrecer tiempos de respuesta más rápidos que las unidades de disco duro (HDD) tradicionales gracias 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 y aplicaciones tanto para consumidores como profesionales. Esta versatilidad abarca una amplia gama de industrias, desde juegos y tecnologías móviles hasta plataformas de comercio electrónico, finanzas y atención médica.

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 888.9 mil millones de dólares para 2030, aumentando a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 27 % entre 2024 y 2030.¹

La inteligencia artificial (IA), el analytics de big data y las aplicaciones del 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.

La NVMe se desarrolló entre 2008 y 2011 para reemplazar los protocolos Serial Advanced Technology Attachment (SATA) y Serial Attached SCSI (SAS). Las mejoras de NVMe sobre sus competidores lo han convertido en el estándar de la industria para el almacenamiento de alta velocidad.

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 desplegando el usuario.

Las SSD de NVMe acceden al almacenamiento flash principalmente a través de un bus Peripheral Component Interconnect Express (PCIe) que elimina el controlador “intermediario”. Sin embargo, la NVMe también puede ejecutarse en cualquier tipo de interconexión de "tejido" (NVMe-oF), 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 paralelas. También pueden ejecutar programas a velocidades más rápidas que las unidades conectadas mediante el protocolo SCSI, que puede desplegar solo una única cola de comandos. El método de conexión es independiente del protocolo. Por ejemplo, las SSD de PCIe que usan NVMe pueden conectar una sola unidad con un enlace PCIe que ejecuta el protocolo NVMe.

La 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 de computación en la nube, el firmware y las grandes bases de datos. La NVMe se ocupa de las cargas de trabajo empresariales de forma rápida y eficiente con un footprint de infraestructura más pequeño y menos energía que la SCSI.

La memoria no volátil express (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 se pueden utilizar para mejorarse mutuamente. 

Los 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 las HDD 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 de NVMe son SSD. Sin embargo, no todas las SSD utilizan tecnología PCIe; algunas SSD todavía utilizan las interfaces SATA y SAS más antiguas que se diseñaron originalmente para dispositivos HDD.

Para aprender más, consulte SSD frente a NVMe: ¿cuál es la diferencia?

En la época en que los discos duros (HDD) eran el método preferido de 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 HDD.

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 la industria del almacenamiento, SAS y SATA se volvieron más incómodos porque están diseñados para HDD.

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

Con la creciente popularidad de la computación en la nube, la NVMe es compatible con entornos de almacenamiento de nube híbrida, multinube y mainframe gracias a sus funciones integradas de alto rendimiento y protección de datos.

La NVMe (memoria no volátil express) 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. 

La 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. La NVMe permite que las SSD se conecten directamente a la CPU a través de la interfaz PCIe, para que puedan leer y escribir grandes volúmenes de datos rápidamente.

Para lograr un mayor rendimiento, la NVMe define una interfaz de registro, un conjunto de comandos y un grupo de funciones para las SSD basadas en PCIe. Cuando se conecta 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). Las unidades de NVMe actuales utilizan PCIe Gen 4 o Gen 5, lo que permite el máximo rendimiento.

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

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 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) con el fin de crear un marco consensuado en toda la industria para la tecnología de SSD.

El factor de forma estándar acordado para una SSD es 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 altamente 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 SSD de NVMe es sencillo y directo para los usuarios que deseen mejorar el rendimiento de su sistema.

Uno de los factores de forma más utilizados para SSD, M.2 es un estándar de conector físico. Si bien el término se usa a menudo en discusiones con unidades basadas en NVMe, la NVMe en este contexto se refiere al factor de forma físico en lugar del protocolo en sí.

Las SSD de NVMe se pueden conectar a una ranura PCIe en una placa base para obtener el máximo rendimiento. Sin embargo, M.2 es un factor de forma compacto que permite un almacenamiento de alto rendimiento en dispositivos delgados y livianos, como computadoras portátiles y tabletas.

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

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. Las SSD de NVMe vienen en ambas 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 con uso intensivo de gráficos como un software de edición de fotos o videos. Las NVMe sin DRM son más asequibles y más lentas, pero aún mucho más rápidas que las HDD o las SSD SATA. Estos aspectos las convierten en buenas opciones para los usuarios que no necesitan tanta velocidad o rendimiento para las aplicaciones que ejecutan.

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

Estos son algunos de los principales beneficios del almacenamiento de información de NVMe sobre unidades SSD SAS o SATA:

• Mejor rendimiento: la tecnología de NVMe puede usar un PCIe para conectar el almacenamiento SSD directamente a un servidor o unidad central de procesamiento/procesador (CPU). Esta mejora en el rendimiento de NVMe ha convertido al almacenamiento de datos en la opción preferida para gamers, editores de video y otros usuarios que requieren un rendimiento superior al que pueden ofrecer las HDD 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 de NVMe más rápido y ofrecer un mejor rendimiento.

• Aumento de la compatibilidad: la 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 computación en la nube. Es compatible con sistemas operativos (SO) modernos, incluidas plataformas móviles, y se utiliza en computadoras portátiles y consolas de juegos.

• Ancho de banda mejorado: la conexión de PCIe es más amplia 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 frente a 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 atractiva tanto para usos empresariales como para consumidores. Además de aumentar el rendimiento y la capacidad de almacenamiento de datos, las SSD de NVMe están más ampliamente disponibles que las SSD SAS o SATA y están disponibles en empresas de consumo, incluidas Intel y Samsung. 

Estos son algunos casos de uso habituales de NVMe.

La alta velocidad, programabilidad y capacidad de NVMe para manejar el procesamiento paralelo la 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 capacidad de cola para el almacenamiento. A diferencia de sus predecesores SAS/SATA, la NVMe puede contener hasta 65 000 colas y comandos por cola, lo que permite procesar muchos más comandos simultáneamente. 

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

Según un informe de Enterprise Strategy Group, casi tres cuartas partes de las organizaciones utilizan almacenamiento de SSD basado en NNVMe o tienen previsto desplegarlo en los próximos 12 meses.²

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

El despliegue de NVMe en aplicaciones contenedorizadas de DevOps ha reducido el tiempo de las grandes compilaciones y acelerado las iteraciones de programación para muchos desarrolladores. 

La NVMe también está haciendo que el desarrollo sea más rápido y menos costoso, ayudando 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 la cantidad de servidores físicos necesarios para las bases de datos relacionales, lo que permite a las organizaciones procesar consultas de manera más eficiente y con menores costos de infraestructura.

En entornos virtualizados (por ejemplo, VMware, VDI), la 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, la NVMe permite procesar miles de comandos a la vez, para que los servidores admitan más máquinas virtuales mientras mantienen la velocidad y la confiabilidad.

Los SSD de NVMe de alta velocidad aceleran el entrenamiento de ML y modelos de IA al proporcionar acceso rápido a grandes conjuntos de datos. Esto es compatible con el procesamiento de lenguaje natural (PLN) y los análisis predictivos, donde se requiere la toma de decisiones en tiempo real para cargas de trabajo relacionadas con diagnósticos médicos y modelos financieros impulsados por inteligencia artificial.