Los dos tipos más comunes de dispositivos de almacenamiento de datos son el disco duro (Hard Disk Drive, HDD) y el disco de estado sólido (Solid State Drive, SSD). Difieren en su diseño y mecanismo de funcionamiento, lo que produce diferentes resultados en rendimiento y durabilidad: los SSD se consideran más rápidos y confiables. Pero incluso entre ellos hay muchos subtipos, cuyas diferencias radican en los interfaces, protocolos y factores de forma utilizados. Esto no siempre es obvio para el usuario promedio.
En este artículo, explicaremos de forma sencilla SSD: NVMe, SATA, dos tipos principales. Analizaremos ambas tecnologías, explicaremos en qué se diferencian y compararemos los indicadores NVMe vs SATA.
Discos de estado sólido SATA
Serial Advanced Technology Attachment, Serial ATA o SATA es un interfaz secuencial o bus para la transmisión de información entre el dispositivo de almacenamiento y la placa madre. En términos más sencillos, es un estándar físico, de software y lógico según el cual se produce el intercambio de bits entre dos componentes del ordenador. «SATA» reemplazó a su predecesor, el interfaz paralelo ATA. Hablaremos más sobre esto más adelante, en la sección correspondiente.
En esencia, un disco de estado sólido SATA se refiere a un SSD que se conecta y funciona a través del correspondiente interfaz. Este dispositivo lee/graba datos muchas veces más rápido que cualquier disco duro, debido a las características de su construcción.
SATA SSD fueron uno de los primeros tipos de unidades de estado sólido ampliamente distribuidos en el mercado, lanzados en 2004.
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AHCI
Advanced Host Controller Interface o AHCI es un protocolo de transferencia de datos desarrollado específicamente para dispositivos de almacenamiento basados en SATA. Define el orden de interacción entre el almacenamiento y el sistema operativo. Inicialmente se creó para admitir discos duros, que tienen partes móviles en forma de platos magnéticos, por lo que es mucho menos eficiente en el caso de las unidades de estado sólido, que no tienen elementos rotativos y utilizan memoria flash.
A pesar de las limitaciones y la falta de optimización para SSD, AHCI se considera una tecnología confiable y proporciona muchas funciones útiles para los dispositivos de almacenamiento. Por ejemplo, permite reemplazar discos sin detener el funcionamiento del servidor/computadora, y también utiliza Native Command Queuing para gestionar eficazmente la secuencia de comandos de lectura y escritura de datos.
Unidades de estado sólido NVMe
Non-Volatile Memory Express o incluso Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification (NVMe, NVM Express, NVMHCI) es una interfaz lógica, una especificación de acceso a las unidades de estado sólido que están conectadas a la placa base mediante una bus PCIe de alta velocidad.
El Peripheral Component Interconnect Express (PCI Express, PCI-E) es una conexión a través de la cual se conectan no solo las unidades SSD, sino también otros elementos funcionales: tarjetas gráficas, tarjetas de red, módulos Wi-Fi, etc. Permite conectar dispositivos directamente a la placa, tiene canales directos con el procesador y la memoria RAM, y además permite transmitir información en ambas direcciones simultáneamente (recepción y transmisión).
La tecnología NVMe fue desarrollada teniendo en cuenta las características estructurales de los discos de estado sólido, por lo que se convirtió en el primer estándar para SSD PCI-E. En consecuencia, cuando alguien dice «SSD NVMe», se refiere a un disco de estado sólido que funciona a través del interfaz PCIe y admite la especificación NVMe. Hablaremos sobre «NVMe» más adelante.
Factores de forma de los discos de estado sólido
En la técnica, el factor de forma se refiere a la carcasa física de un componente, la combinación de sus características técnicas, incluyendo la forma, el tamaño y otros parámetros. En términos simples, es el diseño del dispositivo, en el sentido general de la palabra. Los discos de estado sólido se fabrican en diferentes factores de forma, pero los más comunes son los siguientes:
- 2,5 pulgadas. Este factor de forma se utiliza principalmente para los SSD SATA. Se trata de una placa con chips y controladores (el propio disco) que está integrada en un carcasa de plástico con conectores para conectar un cable SATA. La carcasa tiene un ancho de 2,5 pulgadas y un grosor de 7 mm.
- SATA. Es el estándar más común para la fabricación de unidades SATA.
- M.2. También conocido como «factor de forma de la próxima generación» (NGFF), M.2 admite tanto unidades SATA como SSD NVMe. El estándar permite módulos de varios tamaños (ancho de 12/16/22/30 mm y longitud de 16/26/30/38/42/60/80/110 mm), las unidades de estado sólido más populares son los modelos 2260 y 2280. Los SSD SATA en formato M.2 suelen tener dos conectores (M y B), mientras que los SSD NVMe tienen solo uno (M). NGFF no tiene carcasa, lo que hace que los SSD sean más fáciles de instalar en ultrabooks, tabletas, teléfonos inteligentes y otros dispositivos compactos.
- U.2. Factor de forma de 2,5 pulgadas de alto 15 mm con conector SFF-8639. Se adapta tanto a SATA como a NVMe (pero no siempre), y se conecta a PCI Express. Está diseñado para su uso en servidores: centros de datos y entornos corporativos, y admite la función de sustitución en caliente.
- Tarjeta de expansión PCIe. Factor de forma para unidades NVMe. Se instala en un slot de expansión de la placa base. Se utiliza con mayor frecuencia el interfaz PCI-E 4x, pero hay adaptadores para PCI-E 16x. Se utilizan en servidores y ordenadores personales.
Funcionalidad dentro del almacenamiento
En el interior de los unidades de estado sólido se instala memoria flash NAND no volátil. Existen varios tipos de memoria NAND: TLC (Triple-Level Cell), MLC (Multi-Level Cell) y SLC (Single-Level Cell). Se diferencian por su velocidad, fiabilidad y duración.
Como ya dijimos, el interfaz SATA en modo AHCI se diseñó originalmente para discos duros, donde giran discos magnéticos y se mueve la cabeza de lectura/escritura. Solo puede acceder a una celda en el disco, por lo que la tecnología SATA prevé un solo canal y una velocidad de intercambio de datos baja. Serial ATA transmite los datos secuencialmente, bit a bit. De hecho, incluso la versión más rápida de SATA 3.0, con una capacidad de transferencia de alrededor de 600 MB/s, es un cuello de botella para un SSD, cuyo potencial de rendimiento teórico es decenas de veces mayor. Por otro lado, los discos SATA casi no se calientan, a diferencia de los NVMe.
En los SSD NVMe, por lo general, se utilizan chips más rápidos y de mayor rendimiento que en los SSD SATA.
Además, cada unidad tiene un controlador que gestiona las operaciones de lectura y escritura de datos, así como la seguridad de la información. La diferencia en la optimización y el rendimiento de estos componentes entre SATA y NVMe también es notable a favor de este último.
El interfaz NVM Express ha introducido cambios significativos en el funcionamiento de los dispositivos de almacenamiento masivo: la profundidad y el número de colas han aumentado miles de veces, la latencia al enviar solicitudes a la memoria RAM se ha reducido a la mitad (de dos solicitudes a una) y el conjunto de comandos obligatorios se ha actualizado (en lugar de 70+ en SATA, aquí solo se utilizan 13).
Los SSDs con especificación NVM Express se conectan a través de la rápida interfaz PCI-E y transmiten información en paralelo. Pueden procesar simultáneamente múltiples operaciones de lectura y escritura, lo que los hace ideales para tareas de alta carga. La velocidad de transferencia de datos en NVMe SSD no está limitada por las capacidades del protocolo; depende del número de líneas PCIe utilizadas para la conexión, así como de la versión del propio PCIe. Una línea es cuatro cables que funcionan en modo dúplex (dos de entrada y dos de salida).
Una unidad de almacenamiento NVMe PCI-e 3×4 (tercera versión con cuatro líneas) proporciona una velocidad de casi 4 GB/s en ambas direcciones. En comparación con los 600 MB/s de SATA, esta es una diferencia enorme en rendimiento. Actualmente, el último estándar PCI Express lanzado es 6.0 (256 GB/s para 16 líneas), y para 2025 se espera adoptar la versión 7.0 (512 GB/s para 16 líneas).
Estas son velocidades teóricas que los dispositivos muestran en condiciones de prueba «estériles». En la práctica, los indicadores serán más bajos. Sin embargo, la ventaja de los SSD NVMe frente a los SSD SATA es indiscutible.
Comparación de tecnologías según criterios
Hemos descubierto que los discos NVMe pueden funcionar varias veces más rápido que los SATA SSD. Pero en algunas condiciones y modos, la diferencia entre estos almacenamientos puede ser casi imperceptible, especialmente para el usuario promedio.
Por ejemplo, la carga completa del sistema operativo Windows 10 en un disco duro SATA tarda 34 segundos, mientras que con el interfaz NVMe tarda 32. Si no se mide específicamente, es posible que no se note la diferencia de velocidad. A continuación, compararemos algunos parámetros de velocidad adicionales de NVMe vs SATA.
Respaldos
La duración de la creación de una copia de seguridad depende principalmente del volumen de los datos de origen: cuanto más grande y complejo sea el sitio web, más tiempo tardará la copia de seguridad. Sin embargo, la velocidad también se ve directamente afectada por el rendimiento del dispositivo de almacenamiento, ya que la mayor parte de la carga recae en él. Y NVMe SSD, en condiciones iguales, crea una copia en un 30-35% más rápido que SATA SSD. Aproximadamente 18 segundos en lugar de 27.
Velocidad de apertura del sitio web
La carga de un sitio web no solo se ve afectada por el tipo de SSD del servidor, sino también por la velocidad de la conexión a Internet, la distancia del cliente y las capacidades del navegador y el sistema cliente. En la mayoría de los casos, la diferencia en la velocidad de apertura de sitios web entre SATA SSD y NVMe SSD puede ser insignificante para los usuarios comunes. Pero en aplicaciones web más exigentes o al trabajar con un gran número de clientes simultáneos, NVMe SSD en el servidor será más eficiente, hasta dos veces o más.
Velocidad de lectura/escritura y cantidad de peticiones por segundo
Los parámetros principales de los dispositivos de almacenamiento son la lectura y escritura lineal/aleatoria, así como la cantidad de operaciones de entrada/salida que realiza el dispositivo de almacenamiento por segundo (IOPS).
Tanto los SSD SATA como los NVMe SSD ofrecen almacenamiento rápido y confiable, pero las diferencias en su rendimiento y costo hacen que sean más o menos adecuados para diferentes propósitos. Si necesita un almacenamiento para tareas cotidianas, un SSD SATA puede ser una buena opción, especialmente considerando su bajo precio. Si realiza tareas más exigentes como juegos, edición de video o virtualización, un SSD NVMe será significativamente más rápido.
Independientemente de su elección, pasar de un disco duro a un SSD mejorará notablemente el rendimiento de su sistema y acelerará el trabajo con los datos.
