NVMe (Non Volatile Memory Express): cos'è, i vantaggi e perché è fondamentale per gli SSD

Il passaggio dagli hard disk agli SSD in termini di velocità è, per fare un'analogia automobilistica, simile a passare da una Panda, con tutto il rispetto per la mitica automobile popolare italiana, a una Ferrari, altra gloria nostrana: i miglioramenti sono enormi. Gli SSD hanno il vantaggio di non avere parti mobili (quindi in caso di urti e/o cadute non si rompono) e possono essere realizzati in qualsiasi formato: basta - per così dire - apporre su un circuito stampato dei chip NAND flash e del controller abbinato e il gioco è fatto.

Le unità SSD più popolari dotate di interfaccia SATA III rappresentano un netto miglioramento rispetto all'hard disk, tuttavia non si esprimono ancora al meglio: ecco perché è nato il Non Volatile Memory Express, meglio conosciuto come NVMe, specificamente progettato per gli SSD.

Non Volatile Memory Express (NVMe)

Una vecchia pubblicità diceva che "la potenza è nulla senza il controllo" e, parafrasando, potremmo dire che l'hardware da solo non basta a raggiungere migliori prestazioni. Anche il software deve fare la sua parte, e questo è vero anche per gli SSD. L'incremento della bandwidth del PCI Express ha messo i produttori di SSD spalle al muro, consci che serviva un'interfaccia software ottimizzata in modo specifico per l'interconnessione e la memoria NAND flash.

AHCI risaliva infatti a un'epoca dove gli hard disk dominavano la scena e gli SSD erano solo uno sviluppo in divenire, ancora lontano. Gli hard disk sono un media profondamente diverso dagli SSD e per questo quando i produttori hanno iniziato a proporre gli SSD, si sono scontrati con un problema che frenava lo sviluppo delle nuove soluzioni: la latenza. AHCI rappresentava infatti un limite per un accesso ai dati reattivo e veloce. L'industria si è così seduta attorno a un tavolo e ha partorito le basi di NVMe, un'interfaccia che ci accompagnerà ancora per diverso tempo.

Il più grande passo avanti che NVMe ha portato in dote è una minore latenza, grazie a una "filiera" più corta per quanto concerne l'archiviazione dei dati - non sono necessarie, ad esempio, letture del registro per emettere un comando. AHCI, dal canto suo, richiede quattro letture del registro per comando non inseribili nella cache, e questo porta a circa 3 microsecondi di latenza aggiuntiva. Poco? Non per il mondo dell'informatica.

Un'altra novità fondamentale di NVMe è il supporto a più code di comandi e con una profondità maggiore: questo, in soldoni, significa che la CPU può essere usata al suo massimo potenziale e le operazioni di "input e output al secondo", dette IOPS, non sono frenate dall'uso di un singolo core, ma possono sfruttarne di più. Lo standard NVMe può supportare code fino a 64K, con ciascuna coda in grado di supportare 64K comandi, mentre la tecnologia SATA offre una singola coda con una profondità pari a 32.

Possiamo toccare con mano i vantaggi di un SSD quotidianamente sui nostri notebook e PC desktop, non solo dal punto di vista prestazionale, ma anche da quello dei consumi. Le minori latenze e le velocità più alte permettono di completare le operazioni di storage più rapidamente, permettendo al sistema di passare più tempo in fase idle a vantaggio dell'autonomia o comunque di un minore impatto sulla bolletta elettrica.

Il protocollo NVMe è nato soprattutto per rispondere alle necessità del mondo enterprise, dove i carichi di lavoro sono così elevati da mettere alle corde gli SSD SATA AHCI e l'infrastruttura è composta da CPU con moltissimi core. Windows è perfettamente compatibile con la tecnologia NVMe, ma a volte i produttori offrono anche un driver dedicato per far rendere al meglio la loro unità. Anche altri sistemi operativi come le distribuzioni Linux sfruttano appieno NVMe, a prescindere dal fattore di forma dell'unità.

PCIe NVMe vs SATA AHCI, non c'è partita

L'ingresso in scena di NVMe e PCI Express ha messo a nudo come l'accoppiata SATA - AHCI stesse limitando gli SSD nell'esprimere il loro massimo potenziale. Lo standard SATA III raggiunge velocità pari a 600 MB/s. Diversa invece la situazione per gli SSD PCIe 3.0 e 4.0 NVMe, che si spingono rispettivamente a 3500 MB/s e 7000 MB/s, garantendo prestazioni casuali fino a 10 volte maggiori.

Prediamo ad esempio il nuovo Kingston NV1, un SSD M.2 NVMe con collegamento PCI Express 3.0 x4. Non solo occupa una frazione dello spazio di un hard disk o un SSD SATA da 2,5 pollici, ma con prestazioni fino a 2100 MB/s o 1700 MB/s in lettura e scrittura fino a 2TB è tre volte più veloce di un SSD SATA e questo solo per quanto concerne le operazioni sequenziali. NV1, inoltre, utilizza meno energia, emette meno calore e ha tempi di caricamento più rapidi.

SSD? È l'ora di una soluzione NVMe

Che tu sia un privato o un'azienda che opera in qualsiasi settore, non c'è tempo migliore per passare a un SSD PCI Express NVMe. I protocolli studiati per le memorie NAND flash migliorano notevolmente i processi di archiviazione, gestione e accesso dei dati, eliminando i colli di bottiglia e le limitazioni che caratterizzano i vecchi standard pensati per l'epoca degli hard disk.

L'incremento di prestazioni offerto dalla tecnologia NVMe va a tutto vantaggio dei carichi di lavoro particolarmente sensibili alle latenze, nonché in favore di altri aspetti, come l'analisi di big data in tempo reale o database caratterizzati da grandi carichi di lavoro.

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Il parallelismo di NVMe consente agli SSD di nuova generazione di raggiungere prestazioni notevolmente superiori e latenze ridotte rispetto alle soluzioni SATA, sia con carichi di lavoro preesistenti che con applicazioni di nuova generazione. Inoltre, permette di sfruttare meglio le risorse dell'infrastruttura di calcolo e di contenere i consumi, grazie alla velocità con cui vengono completati i carichi di lavoro. Insomma, se non si vuole rimanere al palo nel lavoro come nel quotidiano, un SSD NVMe è ormai una scelta imprescindibile: non tornerete più indietro.