SATA x NVMe: as 10 principais comparações

SATA e NVMe são usados ​​com SSDs, mas diferem em velocidade e acessibilidade.

Graças à sua acessibilidade e suporte a SSD, o acessório de tecnologia serial (SATA) é um mecanismo de conectividade popular para unidades de armazenamento internas e externas. Por outro lado, a memória expressa não volátil (NVMe) é uma interface de conectividade criada especificamente para SSD, prometendo alto desempenho, mas a um custo mais alto. Este artigo explica o significado de SATA e NVMe e como eles diferem um do outro.

O que é SATA?

SATA, também conhecido como anexo de tecnologia serial (ATA), é uma interface para transferência de dados entre a placa de circuito central de um computador e dispositivos de armazenamento, que podem ser internos (como unidades de disco rígido e unidades de estado sólido) ou externos (como um array redundante de discos independentes ou arrays RAID). É importante ressaltar que a comunicação serial envia dados um bit por vez, ao contrário de vários fluxos paralelos, um dos recursos centrais do SATA.

O SATA agora suplantou o anteriormente popular PATA ou interface ATA paralela. É a interface de armazenamento mais comum usada pela maioria dos discos rígidos de consumo. Desde 2003, quando a Intel desenvolveu e lançou o SATA, ele tem sido o método preferido para conectar um HDD a um laptop ou computador de mesa.

Como funciona o SATA?

O padrão SATA 1.0 foi publicado pela primeira vez em agosto de 2001 como uma alternativa à interface ATA paralela usada por sistemas compatíveis com IBM. Cada unidade numa matriz de disco pode receber capacidade de 1,5 Gbps por meio do Serial ATA. É interoperável com outros dispositivos PATA e inclui uma opção de cabo fino e compacto.

Em comparação com os cabos de conexão de fita mais antigos usados ​​com unidades ATA, esse cabo facilita o roteamento de cabos e melhora a ventilação do computador.

Os principais recursos do SATA são:

  • Funciona em uma conexão de baixa tensão: o sinal do SATA é de 500mV (0,5V) pico a pico. Isso contribui para uma redução na distorção e diafonia entre os fios.
  • Utiliza sinalização diferencial: A sinalização diferencial é um método que transmite simultaneamente sinais dentro e fora de fase por meio de duas linhas vizinhas. Ao identificar a variação de fase entre os dois sinais na extremidade do receptor, é possível transportar dados em alta velocidade com tensão operacional mínima e consumo de energia reduzido.
  • Usa uma construção de cabo relativamente simples: os cabos PATA foram construídos usando um cabo plano de 40 pinos/80 fios, que era uma construção complicada. O SATA, por outro lado, consiste em uma única linha de dados de 7 pinos mais uma conexão de cabo de 15 pinos. Isso aumenta a taxa de sinalização, resultando em uma taxa de transferência de dados mais rápida.
  • Permite transferências de dados rápidas: A taxa de transmissão de dados do SATA é de 150, 300 ou 600 MB a cada segundo. Esse recurso do SATA permite carregamento mais rápido do programa, carregamento aprimorado de imagens e carregamento rápido de documentos.

O SATA externo, mais conhecido como eSATA, fornece suporte para unidades externas por meio de zonas de plug-in designadas chamadas portas SATA.

O eSATA tem vários benefícios quando comparado a outras opções. É hot-swappable, oferece maiores taxas de transferência sem problemas de gargalos (como USB e FireWire) e é compatível com tecnologias de unidade de disco. Pode-se conectar um único conector eSATA a uma caixa SATA externa para estender o armazenamento e construir matrizes de armazenamento RAID. Usos típicos para unidades eSATA incluem edição de vídeo, criação de áudio e backup de dados.

No entanto, o eSATA tem algumas limitações, como não transmitir energia por cabos como USBs. Isso significa que serão necessárias fontes de energia adicionais para as unidades.

O que é NVMe?

Non-volatile memory express (NVMe) é uma interface de armazenamento de computador que utiliza o barramento PCIe (peripheral component interconnect express) para transmitir dados em alta velocidade de e para unidades de estado sólido (SSDs). A maior velocidade e latência do barramento PCI Express o tornam um candidato principal para substituir SATA, interface de sistemas de computador pequenos conectados em série (SCSI) ou SAS para interoperabilidade de armazenamento.

A tecnologia NVMe foi lançada em 2011 para superar as limitações das interfaces SATA e protocolos de rede. Ele emprega o barramento PCIe em vez do barramento SATA para liberar o considerável potencial de largura de banda dos dispositivos de armazenamento. O PCIe 4.0 (a versão atual) suporta até 32 vias e teoricamente pode transportar dados a velocidades de até 64.000 MB/s, em comparação com a taxa de transferência máxima do SATA III de 600 MB/s.

Além disso, o padrão NVMe permite 65535 filas de comandos. Isso apresenta enormes possibilidades para dispositivos de armazenamento, aprimorando sua eficiência, confiabilidade e interoperabilidade em várias plataformas.

Como funciona o NVMe?

Como foram projetadas para uso com HDDs lentos/mais lentos e memória baseada em fita, as interfaces de conectividade de armazenamento legado, como SAS e SATA, geram congestionamento em redes modernas. O NVMe destina-se a usar a maior velocidade e a capacidade de processamento paralelo da memória da unidade de estado sólido (SSD).

Essa tecnologia pode oferecer velocidades muito mais altas porque:

  • Executa atividades de entrada/saída (E/S) em paralelo com CPUs multicore para obter alto rendimento.
  • Em vez de passar pelo controlador SAS ou SATA, ele interage diretamente com a CPU do host.
  • Possui múltiplas filas de comandos, portanto, pode transmitir múltiplos comandos por fila.
  • Reduz a latência para menos de três microssegundos usando menos ciclos de CPU.
  • Suporta SSDs com uma variedade de tipos de memória não volátil (NVM).

Os principais recursos que permitem o funcionamento do NVMe são:

Minimiza as necessidades de personalização do driver: SSDs anteriores conectados a PCIe exigiam drivers de dispositivo individuais para todas as operações. Se um usuário atualizasse o sistema operacional ou simplesmente instalasse um patch de segurança, muitas vezes era necessário implantar um driver de dispositivo totalmente novo para acessar os SSDs. Os SSDs NVMe são suportados imediatamente pelos sistemas operacionais e hipervisores mais comuns. Dado que a interface é padronizada, qualquer SSD NVMe construído por qualquer fabricante pode ser suportado por um único driver de dispositivo.

Captura eventos assíncronos: o protocolo NVMe também permite eventos assíncronos, como automonitoramento, análise e verificações de status da tecnologia de relatórios (SMART), relatórios de erros, confirmações de firmware, sanitização, etc. e assuma o comando do gadget, como e quando necessário. Esses eventos não são executáveis ​​instantaneamente nem expiram. Além disso, o host pode executar atualizações de firmware assíncronas e torná-las acessíveis em um período específico.

Simplifica o processo de inicialização: as especificações NVMe definem uma partição de inicialização que está pronta para ser lida bem antes de o controlador estar operacional. Mesmo os programas necessários para inicializar em um estado pré-SO, como uma interface de firmware extensível unificada (UEFI), podem ser incluídos na área de partição. Esta opção também é benéfica para inicialização segura.

SATA x NVMe: as 10 principais comparações

É importante observar que SATA e NVMe são usados ​​em ambientes SSD, mas apenas o último é desenvolvido especificamente para SSDs. Com isso, existem várias diferenças entre SATA e NVMe:

1. Tipo de interface

Conforme mencionado, uma unidade de estado sólido (SSD) usa memória não volátil expressa (NVMe) ou conexão de tecnologia serial (SATA) para se comunicar com o restante do computador. NVMe é uma interface de controlador de host projetada para acelerar a taxa de transferência de dados entre sistemas corporativos e clientes por meio do barramento PCIe de um computador. O componente PCIe garante menor latência e operações de entrada/saída mais alta por segundo (IOPS). Assim, o NVMe lê e acessa os dados mais rapidamente que o SATA.

Por outro lado, as unidades SATA acessam os dados por meio da interface avançada do controlador de host (AHCI). O AHCI acelera as unidades mecânicas e permite que a troca a quente seja executada usando o recurso nativo de fila de comandos (NCQ). O SATA é compatível com versões anteriores e posteriores com todos os padrões SATA, mas é uma interface totalmente diferente do NVMe.

2. Velocidade

As unidades NVMe têm taxas de transferência mais altas e mais rápidas, mesmo quando as unidades SATA e NVMe estão em um único fator de forma.

Para ilustrar, um conector NVMe PCIe 3.0 de terceira geração pode atingir uma velocidade máxima de até 3.500 MB/s, enquanto um conector NVMe PCIe 4.0 de quarta geração atinge velocidades de até 7.500 MB/s. Por outro lado, as unidades SATA têm taxas de transferência relativamente mais lentas. Um SSD SATA pode atingir velocidades de até 500 MB/s, enquanto um HDD SATA pode atingir velocidades de até 160 MB/s. Os modelos SATA individuais também têm diferentes velocidades de desempenho. No entanto, essas velocidades podem ser suficientes para o uso do consumidor, que requer uma fração da energia necessária na supercomputação.

Em SSDs, a taxa de transferência também depende do modelo individual e da geração do conector PCIe da unidade. A velocidade de uma unidade afeta tarefas como edição de documentos, navegação na web, carregamento de arquivos e cópia de arquivos.

3. Fatores de forma e aparência física

Os SSDs NVMe são comumente encontrados em computadores desktop e laptops pré-fabricados no fator de forma M.2 (uma especificação definida para placas de computador montadas internamente). Existem outras formas, como U.2, U.3 e fator de forma padrão corporativo e de data center (EDSFF), mas são menos comuns em NVMe.

Em contraste, os SSDs SATA estão disponíveis na forma de unidades padrão de 2,5 polegadas ou unidades M.2 pequenas e mais finas. O fator de forma de 2,5 polegadas é a forma mais comumente encontrada de SDDs SATA, enquanto os SSDs M.2 SATA são encontrados principalmente em tablets, minicomputadores e laptops ultrafinos.

4. Diferenças de preços

Em geral, os SSDs NVMe são mais caros que os SSDs SATA. Mesmo quando as unidades NVMe e SATA têm as mesmas capacidades de armazenamento, as unidades NVMe custam mais.

O custo de um espaço de armazenamento SSD NVMe de 250 GB varia de RS$ 120 a R$180, um de 500 GB de R$ 180 a R$ 260 e um armazenamento de 1 TB de R$ 400 a R$ 700. Além disso, os SSDs NVMe com velocidades mais altas custam mais. O preço de um NVMe PCIe 3.0 de 1 TB varia de R$ 400 a R$ 500, enquanto o de um NVMe PCIe 4.0 de 1 TB varia de R$ 520 a R$ 700.

Os SSDs SATA são mais baratos e acessíveis do que as unidades NVMe. O preço de um drive SATA de 250 GB varia de R$ 50 a R$ 90, um de 500 GB de R$ 100 a R$ 180 e um de 1 TB de R$ 250 a R$ 280.

A velocidade e a capacidade de armazenamento são os principais determinantes do preço dos SSDs. Unidades mais rápidas são mais caras, unidades com capacidades maiores custam mais e alguns modelos de SSD custam mais do que outros.

5. Abordagens para gerenciamento de energia

As unidades NVMe são mais eficientes em termos de energia e ecológicas do que as unidades SATA. Os SSDs NVMe usam módulos semicondutores para armazenar e acessar dados, reduzindo significativamente o consumo de energia. A potência média consumida por um SSD NVMe em standby é de 0,0032 W, enquanto a de um NVMe ativo é de 0,08 W.

Além disso, os SSDs NVMe podem reconhecer padrões de E/S para determinar mudanças de temperatura. Essa capacidade permite que eles aloquem com flexibilidade mais energia com eficiência para cargas de trabalho intensivas em gravação e menos energia para cargas de trabalho dominadas por leitura. SSDs com baixo consumo de energia geram menos calor, o que é uma solução ideal para servidores e dispositivos de armazenamento mais densos.

Os SSDs SATA usam mais energia, com a taxa média de consumo de energia de um SATA em espera sendo de 0,195 W, enquanto a de um SATA em uso é de 0,279 W.

6. Mecanismos de segurança

Devido ao aumento das ameaças cibernéticas, a necessidade de armazenar e acessar dados com segurança tem sido uma preocupação significativa para quem procura mídia de armazenamento. As unidades NVMe fornecem melhor criptografia do que as unidades SATA. Os SSDs NVMe usam o padrão de criptografia XTS-AES de 256 bits para proteger os dados do usuário. A criptografia AES-256 é indecifrável, tornando-a o método preferido de proteção de dados privados contra-ataques cibernéticos.

Além disso, o NVMe se integra a soluções de gerenciamento de segurança oferecidas por provedores de criptografia como McAfee e Symantec. O SSD NVMe também possui recursos de segurança adicionais, como o bloqueio 2.0, que permite aos administradores permitir que os usuários leiam e gravem dados em partes da unidade enquanto desativam outros recursos para impedir que os usuários façam alterações não intencionais na unidade.

Além disso, o NVMe SSD possui o protocolo de segurança da camada de transporte (TLS) que criptografa dados e autentica conexões entre computadores. Por outro lado, os SSDs SATA têm poucos mecanismos de segurança, você só pode usar comandos de apagar e higienizar para proteger o armazenamento remotamente.

7. Fila de comando

SSDs que lidam com mais filas de comandos são essenciais para usuários e empresas que exigem multitarefa.

A arquitetura NVMe suporta 65.535 filas de comandos de entrada/saída (E/S), cada uma suportando 65.535 comandos simultaneamente. O NVMe possui um recurso de acesso não uniforme à memória (NUMA) que permite que vários núcleos compartilhem a propriedade das filas. Também permite a criação de um número ilimitado de filas para atender a carga de trabalho esperada. Por outro lado, os SSDs SATA possuem apenas uma única fila com 32 comandos por fila.

Além disso, o IOPS é um indicador de desempenho crucial para empresas e provedores de serviços de hospedagem ao recuperar vários arquivos em um determinado momento. Para as empresas, sua mídia de armazenamento deve ter um alto IOPS para manter o alto desempenho para lidar com muitos consumidores que acessam o programa de software vinculado a um extenso data warehouse. As unidades NVMe geralmente têm um IOPS mais alto, pois atingem velocidades de mais de 1.500.000 em leitura e gravação, enquanto as unidades SATA chegam a cerca de 75.000 IOPS de leitura.

8. Casos de uso

A escolha de usar um SSD NVMe ou SSD SATA varia entre uso individual e comercial. Para uso pessoal, um SSD SATA representa a opção de custo-benefício. Ele oferece armazenamento barato e acessível para armazenar vários arquivos e permite que os usuários executem várias funções em alta velocidade.

Também é compatível com versões anteriores, portanto, pode ser usado com componentes legados. Ao contrário de um SSD NVMe, ele não sobrecarregará outros componentes da placa-mãe, como processadores com baixa capacidade de processamento.

Para uso comercial, como empresas e soluções de hospedagem, o SSD NVMe é a opção preferencial. Além disso, os aplicativos críticos para os negócios exigem alto IOPS para lidar com várias solicitações simultaneamente para garantir uma experiência de usuário tranquila. Como resultado, as lojas online podem usar SSDs NVMe como mídia de armazenamento preferencial.

O NVMe também é valioso para empresas que exigem bancos de dados com muitas transações, como instituições financeiras.

9. Diferenças em seu foco principal

A principal vantagem de ter um NVMe sobre uma unidade SATA é a velocidade. A velocidade máxima de um SSD NVMe é surpreendentemente dez vezes maior do que a de um SSD SATA. Quando este SSD NVMe é emparelhado com outras placas-mãe de última geração, o computador pode atingir velocidades incrivelmente rápidas.

O foco principal de um SSD SATA é encontrar um bom equilíbrio entre velocidade e acessibilidade. Embora sua velocidade máxima de até 500 MB/S possa não parecer muito em comparação com a de uma unidade NVMe, essa velocidade é suficientemente alta para um usuário típico. Um SSD SATA permite que os usuários experimentem um desempenho melhor e mais acessível de seus computadores, economizando custos.

10. Uso comercial x uso do consumidor

Com o passar dos anos, os SSDs se tornaram menos dispendiosos, com mais fabricantes entrantes no mercado de armazenamento. No entanto, os custos do NVMe permanecem proibitivamente altos, mesmo para a mesma capacidade de armazenamento do SATA. Além disso, apesar dos preços altos, a compra de um SSD NVMe não garante necessariamente melhor desempenho, a menos que você seja um usuário comercial com equipamento de suporte.

Por outro lado, os SSDs SATA não são adequados para uso em ambientes que exigem transferências rápidas de dados e baixas taxas de latência. Isso se deve ao seu IOPS significativamente baixo, que não consegue gerenciar aplicativos críticos com eficiência. Além disso, sua ineficiência de energia os torna menos ecológicos e mais caros de manter para as empresas quando comparados aos SSDs NVMe.

Conclusão

O SATA continua sendo o padrão para armazenamento baseado em SSD, pelo menos na computação de consumo. À medida que a tecnologia se torna mais eficiente e barata, os fabricantes estão reduzindo lentamente os preços de suas ofertas de NVMe para aumentar a adoção no mercado. Uma diferença de preço pode existir hoje, mas, eventualmente, o NVMe está prestes a se tornar a norma devido às suas vantagens de segurança e velocidade.

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