Diversi tipi di interfaccia SSD per server

In generale, le unità hard-drive per server comprendono principalmente tre tipi: hard disk drive (HDD), solid-state drive (SSD) and hybrid disk drive (HDD). Quando si parla di archiviazione di computer, probabilmente si fa riferimento soprattutto alle unità hard disk drive. Tuttavia, le unità SSD consentono un'elaborazione più rapida delle informazioni e migliori prestazioni del computer con una potenza inferiore. Qui di seguito vengono analizzate le tre interfacce SSD per server e le loro differenze.

Tipi di interfacce SSD per server

Come dispositivo di archiviazione migliorato, l'unità SSD per server utilizza una memoria flash persistente per conservare le informazioni, meno soggetta a danni fisici dovuti all'usura. In generale, esistono tre tipi di interfacce SSD per server: Serial Advanced Technology Attachment (SATA), Serial Attached SCSI (SAS) e Non-Volatile Memory Express (NVMe).

SATA (Serial Advanced Technology Attachment)

SATA, acronimo di Serial Advanced Technology Attachment, è l'interfaccia più vecchia ed economica per le unità SSD rispetto agli altri due tipi di interfaccia per server. Come bus del computer, la funzione principale dell'interfaccia SATA è quella di trasmettere i dati tra la scheda madre e i dispositivi di archiviazione, come i dischi rigidi, tramite un cavo seriale ad alta velocità, supportando così l'hot swapping, ovvero la possibilità di sostituire i componenti del sistema senza spegnerlo.

A differenza del suo predecessore (PATA), SATA è più veloce e può scrivere su disco con una velocità di interfaccia di 6 Gb/s e un throughput di 600 MB/s. Supporta la compatibilità all'indietro sia con l'hardware che con il software.

Tuttavia, SATA è un'interfaccia half-duplex, il che significa che può utilizzare solo un canale/direzione per trasferire i dati e non può eseguire funzioni di lettura e scrittura allo stesso tempo, causando colli di bottiglia nella rete e ritardi nelle prestazioni. Inoltre, SATA ha anche meno funzionalità di recupero e segnalazione degli errori rispetto alle interfacce SAS e NVMe.

SAS (Serial Attached SCSI)

SAS o Serial Attached SCSI è una tecnologia SCSI di nuova generazione. Come l'interfaccia SATA, anche SAS adotta la tecnologia seriale per una maggiore velocità di trasmissione e supporta l'hot swapping. Viene utilizzata per supportare la trasmissione diretta di 128 dati point-to-point tra dispositivi hardware per soluzioni di archiviazione di livello aziendale. Inoltre, SAS è un'interfaccia full-duplex e supporta funzioni di lettura e scrittura simultanee, in grado di trasferire dati bidirezionalmente a velocità fino a 12 Gb/s.

L'interfaccia SAS è generalmente compatibile con l'interfaccia SATA. I backplane dei sistemi SAS possono essere collegati sia a unità SAS a doppia porta e ad alte prestazioni sia a unità SATA ad alta capacità e basso costo. In genere, SAS offre una maggiore velocità di trasmissione e supporta capacità maggiori e prestazioni più elevate rispetto all'interfaccia SATA.

Ma anche SAS non è una soluzione perfetta. Presenta ancora diversi difetti, come il prezzo elevato e lo scarso rapporto qualità-prezzo, ecc.

NVMe (Memoria non volatile espressa)

L'interfaccia Non-Volatile Memory Express (NVMe) è un tipo di unità SSD che si collega a uno slot PCI Express (PCIe) sulla scheda madre. È un miglioramento rispetto alle interfacce SATA e SAS. Simile all'interfaccia SAS, NVMe ha anche una capacità full-duplex, ma supera di gran lunga SAS in termini di potenza di trasferimento dei dati, raggiungendo una velocità di interfaccia di 32 Gb/s e un throughput di 3,9 GB/s.

Situata direttamente tra i driver dei dispositivi e PCIe, NVMe è in grado di raggiungere un'elevata scalabilità, sicurezza e bassa latenza di trasmissione dei dati, che può fornire fino a 4 volte le operazioni di I/O al secondo rispetto all'interfaccia SAS. Pertanto, le interfacce SSD NVMe stanno sempre più sostituendo le SATA per diventare una scelta migliore per le interfacce ad alte prestazioni nelle applicazioni di livello aziendale.

Tuttavia, anche gli svantaggi delle NVM sono molto evidenti. Innanzitutto, è l'interfaccia SSD più costosa tra gli altri tipi. Inoltre, non è conveniente quando è necessario memorizzare grandi quantità di memoria. Inoltre, anche la compatibilità è un problema che affligge l'interfaccia NVMe. I server dati con interfaccia NVMe devono utilizzare il formato M.2, che è piuttosto limitato rispetto ad altre soluzioni di archiviazione.

Confronto tra diversi tipi di interfacce server

Tipo di interfaccia

In genere, esistono due protocolli di interfaccia standard per i server di rete: NVMe e Advanced Host Controller Interface (AHCI). L'interfaccia NVMe del server utilizza il protocollo di interfaccia NVMe, mentre le interfacce SATA e SAS del server utilizzano il protocollo di interfaccia AHCI e supportano anche l'ambiente di sviluppo integrato (IDE).

Inoltre, anche le interfacce dei server variano. L'interfaccia NVMe utilizza solo porte PCIe, SAS utilizza porte M.2, U.2, mSATA, SATA, SAS, PCI-E, SATA express e IDE, mentre SATA utilizza porte SATA, U.2 e M.2. Inoltre, i canali del bus PCIe utilizzati dall'interfaccia SSD NVMe possono essere collegati direttamente alla CPU, mentre gli altri due non possono essere collegati alla CPU.

Velocità di lettura/scrittura

Come mostra la figura sopra, la SATA III utilizzata sulle moderne schede madri ha un throughput massimo di 600 MB/s e una velocità di interfaccia di 6 Gb/s, mentre l'interfaccia SAS supporta una velocità di trasferimento fino a 12 Gb/s, poiché quest'ultima è una tecnologia più veloce a tutto tondo rispetto alla prima.

Per quanto riguarda le interfacce NVMe, esse dispongono di più bus informativi e possono fornire velocità di lettura e scrittura di 2000MB/s. Inoltre, poiché possono essere collegate direttamente alla CPU senza la limitazione dell'interfaccia APA, le operazioni di input/output (IOP) al secondo possono essere fino a quattro volte più veloci.

Scalabilità e performance

Le interfacce NVMe hanno la migliore scalabilità e le migliori prestazioni tra queste tre interfacce. Poiché NVMe utilizza gli slot PCIe, può trasferire una quantità di dati 25 volte superiore rispetto ai prodotti SATA equivalenti. Inoltre, supera e utilizza le tradizionali quattro corsie presenti nella maggior parte delle unità SSD PCIe per aumentare le prestazioni.

La scalabilità dell'interfaccia SATA è notevolmente inferiore a quella di altre interfacce di archiviazione. A causa delle limitate capacità delle porte, la velocità di trasferimento dei dati è limitata e ciò influisce sulle prestazioni dell'unità. Le interfacce SAS offrono una maggiore scalabilità, supportando teoricamente fino a 16.384 dispositivi.

Latenza

Essendo un'interfaccia half-duplex, SATA può utilizzare solo un canale/direzione per trasferire i dati e può facilmente subire colli di bottiglia nella rete e ritardi nelle prestazioni. L'interfaccia SAS ha prestazioni migliori rispetto a SATA in termini di latenza grazie alla sua interfaccia full-duplex.

L'interfaccia NVMe ha però la latenza più bassa. Si basa su un controller PCIe nativo per realizzare la connessione diretta alla CPU, il che significa che non è necessario che la CPU legga i registri durante l'esecuzione dei comandi, riducendo così al massimo la latenza.

Prezzo

Come è noto, quanto più veloce e performante è l'unità, tanto più alto è il prezzo. Dalla descrizione precedente, è chiaro che SAS e NVMe sono migliori di SATA in termini di velocità di lettura/scrittura, scalabilità, prestazioni e latenza.

Inoltre, a causa dell'hardware complesso, SAS e NVMe sono più costose dell'interfaccia SATA, ma sono anche più durevoli di quest'ultima in una certa misura.

Conclusioni

In sintesi, SATA, SAS e NVMe sono tre interfacce SSD principali che variano sotto diversi aspetti. A confronto, le interfacce SATA sono facili da gestire e possono fornire le soluzioni di archiviazione dati più convenienti per i server di rete, mentre le interfacce SAS e NVMe sono più veloci e hanno una latenza inferiore, una migliore scalabilità e prestazioni.