O que é storage NVMe? Saiba mais sobre as soluções All flash e compare recursos de hardware, software e desempenho com os sistemas de disco tradicionais.
Storage NVMe é uma solução de armazenamento que utiliza o protocolo Non-Volatile Memory Express para acessar memórias flash, como as dos SSDs. Diferente dos padrões antigos, ele foi projetado especificamente para mídias de estado sólido, pois se comunica através do barramento PCIe (Peripheral Component Interconnect Express), a mesma interface de alta velocidade usada por placas de vídeo. Essa arquitetura elimina os gargalos do antigo protocolo AHCI, que foi criado para discos rígidos mecânicos e limitava o potencial dos SSDs. O resultado prático é uma redução drástica na latência e um aumento expressivo nas taxas de transferência, o que acelera desde a inicialização do sistema operacional até a execução de bancos de dados complexos. Por isso, esses equipamentos são frequentemente aplicados em datacenters, servidores de virtualização e estações de trabalho que executam cargas de trabalho intensivas, como edição de vídeo em 4K/8K e análises de grandes volumes de dados.
É muito comum haver confusão entre os termos NVMe, SSD SATA e M.2. Um SSD SATA usa a interface SATA, que atinge no máximo cerca de 600 MB/s de velocidade. Já um SSD NVMe utiliza o barramento PCIe e alcança velocidades múltiplas vezes superiores, facilmente ultrapassando 7.000 MB/s nas gerações mais recentes. O M.2, por outro lado, não é um protocolo, mas sim um formato físico (form factor). Um drive M.2 pode ser tanto do tipo SATA quanto do tipo NVMe. Portanto, ao adquirir um SSD M.2, é fundamental verificar qual protocolo ele utiliza, pois isso define seu desempenho real. Em resumo, enquanto o SATA representa uma tecnologia mais antiga e limitada, o NVMe é o padrão moderno para alto desempenho. A escolha entre eles depende diretamente da necessidade da aplicação, com o SATA ainda sendo uma opção viável para tarefas menos exigentes.
O protocolo NVMe elimina intermediários, pois permite que o SSD se comunique diretamente com o processador através das pistas do barramento PCIe. Essa abordagem é muito mais eficiente que o antigo padrão AHCI, que operava com uma única fila de comandos e suportava apenas 32 comandos por fila. A tecnologia NVMe, em contrapartida, suporta até 65.536 filas de comandos, com 65.536 comandos em cada uma. Essa capacidade de processamento paralelo é o que reduz a latência e aumenta o número de operações de entrada e saída por segundo (IOPS). Na prática, isso significa que o ambiente de produção consegue lidar com muito mais solicitações simultâneas, um cenário típico em servidores com múltiplos usuários ou máquinas virtuais. O resultado são serviços mais ágeis e responsivos, mesmo sob cargas de trabalho pesadas.
O desempenho de um SSD NVMe está diretamente ligado à versão do barramento PCIe que ele utiliza. Cada nova geração praticamente dobra a largura de banda disponível por pista, o que se traduz em maiores velocidades de leitura e escrita. Um SSD NVMe Gen3, por exemplo, atinge velocidades sequenciais em torno de 3.500 MB/s. Já um barramento Gen4 salta para aproximadamente 7.000 MB/s, enquanto a tecnologia Gen5 já promete superar os 14.000 MB/s. Vale ressaltar que para atingir essas velocidades, tanto o SSD quanto a placa-mãe ou o storage precisam ser compatíveis com a mesma geração. Felizmente, existe retrocompatibilidade. Um SSD Gen4 funcionará em um slot Gen3, mas sua velocidade será limitada pela geração mais antiga do barramento. Essa característica garante flexibilidade durante upgrades, mas exige atenção para extrair o máximo potencial do hardware.
Embora as altas taxas de transferência sequencial chamem a atenção, o verdadeiro diferencial do NVMe para muitas aplicações está no IOPS (operações de entrada e saída por segundo). Essa métrica mede quantos comandos de leitura ou escrita um drive consegue executar por segundo, sendo fundamental para tarefas que envolvem muitos arquivos pequenos. Bancos de dados, servidores web e plataformas de virtualização raramente leem um único arquivo grande de forma contínua. Em vez disso, eles acessam milhares de pequenos blocos de dados espalhados pelo disco. Nessas condições, a baixa latência do NVMe permite um número de IOPS muito superior ao do SATA. Como resultado, a infraestrutura responde mais rápido às solicitações, as máquinas virtuais operam com mais fluidez e os bancos de dados concluem consultas em menos tempo. Portanto, a análise do desempenho deve sempre considerar o tipo de carga de trabalho.
A capacidade de armazenamento dos SSDs NVMe evoluiu bastante, com modelos disponíveis que vão de algumas centenas de gigabytes a vários terabytes. No entanto, o custo por terabyte ainda é consideravelmente mais alto quando comparado aos SSDs SATA e, especialmente, aos discos rígidos tradicionais. Essa diferença de preço faz com que a adoção de uma solução totalmente baseada em NVMe seja inviável para muitas empresas que precisam armazenar grandes volumes de dados. O investimento geralmente se justifica em cenários onde o desempenho é um fator crítico e impacta diretamente a receita ou a operação. Por isso, uma análise cuidadosa do custo-benefício é essencial. É preciso identificar quais dados realmente precisam da velocidade do NVMe e quais podem ser mantidos em mídias mais lentas e baratas, como HDDs, para otimizar o orçamento.
A vida útil de um SSD é finita, pois suas células de memória flash suportam um número limitado de ciclos de escrita. Para medir essa durabilidade, os fabricantes usam duas métricas principais: TBW (Terabytes Written) e DWPD (Drive Writes Per Day). O TBW indica a quantidade total de terabytes que podem ser escritos no drive durante sua vida útil. Já o DWPD informa quantas vezes a capacidade total do drive pode ser reescrita por dia durante o período de garantia, geralmente de três a cinco anos. Um SSD com 1 DWPD e 1 TB de capacidade suporta a escrita de 1 TB de dados diariamente. Essas métricas são cruciais no ambiente corporativo, onde a carga de escrita pode ser muito intensa. SSDs de consumo geralmente têm um TBW mais baixo, enquanto alguns módulos flash empresariais são projetados para suportar uma escrita constante, com DWPD mais elevado, o que garante maior confiabilidade.
Para acelerar as operações de escrita, muitos SSDs utilizam uma pequena porção de memória DRAM como cache. Os dados são enviados primeiro para essa memória volátil de alta velocidade antes de serem permanentemente gravados nas células flash. Essa técnica melhora o desempenho, mas também introduz um risco. Se ocorrer uma queda de energia inesperada, todos os dados que estiverem no cache DRAM serão perdidos, o que pode levar à corrupção de arquivos. Esse é um risco inaceitável para aplicações críticas em qualquer empresa. Para mitigar esse problema, os SSDs NVMe de nível empresarial frequentemente incluem circuitos de proteção contra perda de energia (Power-Loss Protection). Eles usam capacitores que fornecem energia suficiente para que o drive mova todos os dados do cache DRAM para a memória flash antes de desligar completamente, o que assegura a integridade dos dados.
Verificar a compatibilidade com NVMe em um storage, servidor ou computador exige atenção a alguns detalhes de hardware. Em computadores desktop e notebooks, a forma mais comum de conexão é o slot M.2. É preciso consultar o manual da placa-mãe para confirmar se o slot M.2 disponível opera com o protocolo PCIe, pois alguns suportam apenas o padrão SATA. Em rackmount servers e storages, além dos slots M.2, existem outras interfaces como U.2 e U.3. Esses conectores permitem a instalação de SSDs de 2,5 polegadas no painel frontal do equipamento, o que facilita a troca a quente (hot-swap). Também é possível usar placas adaptadoras que convertem um slot PCIe padrão em um ou mais conectores para SSDs NVMe. A documentação técnica do equipamento é sempre a fonte mais confiável para confirmar o suporte, as versões do barramento PCIe compatíveis e os formatos físicos aceitos. Essa verificação prévia evita a compra de componentes incompatíveis.
Nem toda aplicação exige o desempenho máximo de uma solução all-flash NVMe. Para muitas empresas, a abordagem mais inteligente e econômica é um storage híbrido. Esse tipo de solução combina a velocidade dos SSDs NVMe com a alta capacidade e o baixo custo dos discos rígidos (HDDs). Nessa configuração, os SSDs NVMe são geralmente usados como cache de leitura/escrita ou para tiering automático. O equipamento identifica os dados mais acessados (dados "quentes") e os move para os SSDs, enquanto os dados menos frequentes (dados "frios") permanecem nos HDDs. Isso acelera significativamente o desempenho geral dos serviços. Como resultado, a empresa obtém uma performance próxima à de uma solução all-flash para as tarefas mais comuns, mas com um custo total de propriedade muito menor. Um hybrid NAS com suporte para cache NVMe é uma excelente alternativa para equilibrar velocidade, capacidade e custo de propriedade.
A escolha da tecnologia de armazenamento correta depende inteiramente da análise da carga de trabalho. Para edição de vídeo ou manipulação de grandes arquivos sequenciais, a taxa de transferência é o fator principal. Já para bancos de dados ou virtualização, o IOPS e a baixa latência são mais importantes. Um storage NVMe puro é a melhor opção para aplicações que não toleram atrasos e onde o desempenho justifica o alto investimento. No entanto, para a maioria dos casos de uso, desde pequenos escritórios a grandes departamentos, uma solução híbrida oferece o melhor dos dois mundos. Nesse cenário, um NAS que suporte tanto HDDs para armazenamento em massa quanto slots M.2 NVMe para cache é a resposta. Ele entrega a flexibilidade necessária para otimizar o desempenho onde é mais preciso, sem estourar o orçamento, além de centralizar os dados com recursos de segurança, backup e compartilhamento.