NVMe vs SATA มีข้อแตกต่างอะไรบ้าง

เมื่อพูดถึงเทคโนโลยีระดับสูงสำหรับสื่อบันทึกข้อมูล NVMe คือผู้นำตัวจริงอย่างปฏิเสธไม่ได้ ในเบื้องต้นข้อแตกต่างระหว่าง NVMe และ SATA ในด้านประสิทธิภาพถือว่าต่างกันอย่างเห็นได้ชัด ไดร์เวอร์การสื่อสารและอินเทอร์เฟซระหว่าง NVMe และ SATA แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง เนื่องจาก SATA จะใช้ไดร์เวอร์ AHCI ที่ออกแบบมาสำหรับฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟ (HDD) ภายใต้เทคโนโลยีจานหมุน ในขณะที่ไดร์เวอร์ NVMe ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับ SSD ที่ใช้เทคโนโลยีแฟลช นอกจากนี้ NVMe ยังสามารถใช้ประโยชน์จากซ็อคเก็ต PCIe สำหรับสื่อสารระหว่างอินเทอร์เฟซสื่อบันทึกข้อมูลและ CPU ของเครื่องได้อย่างเต็มประสิทธิภาพมากกว่า หากเทียบกับการแข่งขันกีฬา ก็เหมือนกับการเปรียบเทียบระหว่างการแข่งขัน F1 กับซุปเปอร์ทัวริ่งทั่ว ๆ ไป

แม้ว่าในเบื้องต้นไดร์ฟ Solid State ที่ใช้เทคโนโลยีทั้งสองแบบจะทำงานได้รวดเร็ว แต่ก็มีความแตกต่างอยู่ไม่น้อย ควรพิจารณาข้อแตกต่างต่อไปนี้ขณะประเมินความจำเป็น ความต้องการ และเงื่อนไขในการทำงานของคุณ

SATA SSD

เทคโนโลยี Serial ATA (SATA) เริ่มเปิดตัวในปี 2000 เพื่อพัฒนาต่อยอดจากเทคโนโลยี Parallel ATA เดิมในเวลานั้นที่มีข้อจำกัดจากขนาดของสายเชื่อมต่อ ต้นทุน ประสิทธิภาพ และฟังก์ชั่นการทำงาน เทคโนโลยีทั้งสองมีประสิทธิภาพมากเพียงพอสำหรับฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟ (HDD) ซึ่งทำงานได้ช้ากว่าไดร์ฟ Solid State (SSD) ในปัจจุบันอย่างมาก การเปิดตัว SSD ที่ใช้เทคโนโลยี SATA ทำให้มีการใช้งานบัส ATA ได้อย่างเต็มขีดจำกัดในที่สุด ในขณะที่ HDD สามารถทำความเร็วในการเขียนข้อมูลได้เพียง 50-120 MB/s แต่ SSD สามารถใช้งานบัส SATA ได้อย่างเต็มที่ถึง 550 MB/s แม้ว่าจะมีข้อจำกัดในส่วนของบัส แต่ก็ชัดเจนว่าประสิทธิภาพในการทำงานโดยรวมของ SATA SSD นั้นเหนือกว่าเทคโนโลยี HDD แบบเก่าถึง 10-15 เท่า

AHCI

Advanced Host Controller Interface (AHCI) เป็นระบบการสื่อสารที่ออกแบบขึ้นในช่วงประมาณปี 2004 เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและการใช้งานของอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลที่เชื่อมต่อผ่าน SATA ซึ่งในเบื้องต้นออกแบบมาสำหรับ HDD โดยมีคิวในการส่งคำขอไปยังสื่อบันทึกข้อมูลเพียงคิวเดียวที่รองรับได้มากสูงสุด 32 คำสั่ง นั่นหมายความว่า HDD จะมี throughput และประสิทธิภาพมากขึ้น แต่ก็ยังอาจเป็นปัญหาคอขวดในอนาคตสำหรับเทคโนโลยีชุดควบคุม SSD เช่น HDD อาจสามารถรองรับอินพุท/เอาท์พุทได้สูงสุด 200 คำสั่งต่อวินาที (IOPS) ในขณะที่ SATA SSD อาจทำได้มากถึง 100,000 IOPS ซึ่งบัส SATA ไม่สามารถรองรับได้

NVMe SSD เทคโนโลยี Non-Volatile Memory Express (NVMe) เริ่มเปิดตัวในปี 2011 เพื่อแก้ไขปัญหาคอขวดของอินเทอร์เฟซ SATA และโปรโตคอลการสื่อสาร เทคโนโลยี NVMe จะใช้บัส PCIe แทน SATA เพื่อให้มีแบนด์วิธมากกว่าเดิมอย่างเห็นได้ชัดสำหรับอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล PCIe 4.0 (เวอร์ชั่นปัจจุบัน) รองรับการสื่อสารถึง 32 ช่องทาง และในทางทฤษฎีแล้วจะโอนข้อมูลได้สูงสุดถึง 64,000 MB/s เมื่อเทียบกับ SATA III ที่มีขีดจำกัดอยู่ที่ 600 MB/s NVMe ยังรองรับคิวคำสั่งมากถึง 65535 คิวและคำสั่งมากถึง 65536 คำสั่งต่อหนึ่งคิว ถ้าจำได้คุณจะรู้ว่า SATA SSA จำกัดคิวไว้ที่เพียงคิวเดียวและหนึ่งคิวรองรับได้เพียง 32 คำสั่งต่อคิวเท่านั้น เทคโนโลยี NVMe จึงมีศักยภาพที่สูงมากสำหรับอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลทั้งในด้านประสิทธิภาพ ขีดความสามารถและการทำงานร่วมกันกับระบบการทำงานต่าง ๆ โดยทั่วไปเชื่อกันว่าเทคโนโลยีนี้จะกลายเป็นมาตรฐานใหม่ทางอุตสาหกรรม

Kingston NVMe SSD ที่ติดตั้งอยู่ใน PC

ฟอร์มแฟคเตอร์ SSD

แม้ว่า HDD มักมีความกว้างอยู่ที่ 2.5 หรือ 3.5 นิ้ว แต่ SATA SSD ส่วนใหญ่จะมีความกว้างที่ 2.5 นิ้ว หนา 7 มม. ไดร์ฟ NVMe จึงรองรับฟอร์มแฟคเตอร์ที่หลากหลายเพื่อให้สามารถติดตั้งในอุปกรณ์รูปแบบต่าง ๆ

• M.2 - การลดขนาดทางกายภาพของไดร์ฟ เช่น สำหรับฟอร์มแฟคเตอร์ M.2 ช่วยให้มั่นใจได้ว่าไดร์ฟนี้จะยังมีอนาคตอยู่อีกยาวนาน ความกว้างเท่ากับ 22 ส่วนความยาวคือ 30/42/80/110 ในหน่วยมิลลิเมตร ปัจจุบัน M.2 2280 รองรับ SATA และถือเป็นฟอร์มแฟคเตอร์ NVMe SSD ที่พบได้บ่อยที่สุดในประเภท NVMe เมื่อเทคโนโลยีพัฒนาและลดขนาดชิ้นส่วนลงเรื่อย ๆ ก็อาจเกิดการเปลี่ยนแปลงบางอย่างขึ้น
• U.2 - นี่เป็นอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลที่มีประสิทธิภาพและความทนทานมากกว่า แต่ก็มีค่าใช้จ่ายสูงกว่าเช่นกัน ซึ่งมักพบในศูนย์ข้อมูล/ระบบจัดเก็บข้อมูลระดับองค์กร
• การ์ด PCIe แอดอิน - ใช้สำหรับ NVMe SSD ประสิทธิภาพสูงที่ต้องติดตั้งในเครื่องที่ไม่มีซ็อคเก็ตสำหรับฟอร์มแฟคเตอร์ M.2

เบื้องต้นเกี่ยวกับประสิทธิภาพในการทำงานของ SSD

NVMe คือโปรโตคอลจัดเก็บข้อมูลที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับ SSD เป็นสำคัญ การยกเลิกเลเยอร์ SATA HBA ที่แทรกอยู่ระหว่างกลาง ทำให้ NVMe สามารถช่วยให้ SSD สื่อสารได้โดยตรงกับ CPU ผ่านบัส PCIe กลายเป็นช่องทางที่เปิดกว้างสำหรับพัฒนาประสิทธิภาพในการทำงานได้อีกอย่างมาก กล่าวโดยสรุปคือ ข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพของ SATA III จะอยู่ที่ 6Gb/s ตัว SATA SSD จึงรองรับ throughput หลังหักลบโอเวอร์เฮดต่าง ๆ อยู่ที่ 550MB/s เลน PCIe 3.0 หนึ่งเลนรองรับ throughput ที่ 1Gb/s (สองทิศทาง) PCIe 3x4 SSD จึงรองรับ throughput มากสูงสุดถึง 4Gb/s ในการอ่าน/เขียนข้อมูล และมากถึง 8Gb/s (สองทิศทาง) สำหรับ PCIe Gen 4X4 SSD ข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพจึงไม่ได้อยู่ที่โปรโตคอลการสื่อสารอีกต่อไป แต่กลายมาเป็น NAND ที่ต้องมีการพัฒนาขึ้นอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ทำให้ผู้ผลิตต้องบีบอัดชิ้นส่วนต่าง ๆ และคุณสมบัติในการทำงานให้อัดแน่นอยู่ในฟอร์มแฟคเตอร์ที่มีขนาดเล็ก

ค่าหน่วงเวลาของโปรโตคอลก็ลดลงอย่างมากเมื่อมี NVMe เนื่องจากเส้นทางข้อมูลที่สั้นลงและมีประสิทธิภาพมากขึ้น ทำให้ค่าหน่วงเวลาต่ำกว่า SATA/SAS การจัดการคิวของอุปกรณ์ NVMe ก็สามารถจัดการได้มีประสิทธิภาพมากขึ้นผ่าน CPU เนื่องจากความสามารถในการส่งสัญญาณเพื่อการประมวลผล I/O ที่ช่วยลดภาระในการทำงานเบื้องหลังส่วนอื่น ๆ ของ CPU ได้อย่างมาก นอกจากนี้ อุปกรณ์ NVMe ยังทำงานได้กับระบบปฏิบัติการส่วนใหญ่เนื่องจากความพยายามอย่างเต็มที่ระหว่างการพัฒนาระบบในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา

ขอบคุณบทความจาก Kingston