Tipos, clasificación, designaciones y modelos de memorias SSD M.2, conexiones PCIe y discos NVMe
En próximos post y vídeos vamos a hablar de los memorias SSD M.2, discos M.2 PCIe y M.2 NMVe, por lo que antes de nada creo que deberíamos entender bien qué son y qué tipos hay.
Los discos SSD han revolucionado el panorama de la informática en los últimos 5 años debido a su alta velocidad de transferencia en comparación con los discos mecánicos.
En los NAS podemos colocar discos SSD de 2,5” para aprovecharnos de esta magnífica velocidad pero en este caso tenemos el inconveniente de que perdemos capacidad de almacenamiento ya que ocupamos una bahía. Los discos SSD son más rápidos pero penalizamos el almacenamiento porque su capacidad es menor que en los discos mecánicos.
Los discos SSD M.2 han venido a solucionar el problema del tamaño y además están desplazando al disco de estado sólido tradicional por sus mayores prestaciones y velocidad. Las memorias o discos SSD M.2 son unos discos SSD pero en los que el factor forma ha cambiado y por un formato mucho más pequeño.
Clasificación de los SSD M.2 en función del tamaño
En contraposición con los discos SSD de 2,5", los discos SSD M.2 pueden ser de varios tamaños. Aunque todos M.2 son pequeños y delgados, los hay más cortos o largos y más anchos o estrechos.
En función de su tamaño tenemos varias nomenclaturas para designar los discos SSD M.2. Las 2 primeras cifras indican el ancho de la memoria SSD y las 2 o 3 siguientes la longitud.
Aunque las memorias M.2 más habituales son de 22mm de ancho y entre 42 y 110 mm de largo, los modelos que actualmente existen son los siguientes:
- Ancho: 12, 16, 22 y 30 mm
- Largo: 16, 26, 30, 38, 42, 6o, 80 y 110 mm
Por ejemplo un disco SSD M.2 2280 será una memoria de 22 mm de ancho y 80 mm de largo.
La memoria flash que suelen utilizan estos discos SSD son del tipo NAND. Cuanto mayor sea su longitud de una memoria SSD M.2 mayor número de chips podrán alojar y por lo tanto mayor capacidad de almacenamiento tendrá. Así pues, las memorias de 30 y 42 mm de largo admiten de 1 a 3 chips de memoria NAND mientras que las de 80 y 110 mm de longitud admiten hasta 8 chips de memoria NAND.
Como puedes ver en los discos SSD M.2 el tamaño sí que importa.
Conexión SSD M.2 en función de su velocidad
Otro aspecto a tener en cuenta en un disco SSD M.2 es su velocidad de transferencia. Aquí es importantísimo el tipo de conector que utilice. Actualmente los discos de estado sólido utilizan dos tipos de interfaz de almacenamiento: SATA 3.0 o PCIe (PCI-Express).
Los SSD M.2 SATA utilizan el mismo controlador que sus hermanos SSD de 2,5", mientras que los SSD M.2 PCIe utilizan unos controladores específicamente diseñados para este tipo de conexión. Esto debes tenerlo muy en cuenta porque es muy importante.
Los SSD M.2 sólo admiten uno de estos protocolos de conexión, aunque algunos zócalos o bancos de inserción en los que van pinchados puedan ser compatibles con ambos protocolos. Es decir, cada disco tiene sólo una controladora y por lo tanto es un disco SATA III o una PCIe.
Los discos SSD se han topado con una barrera infranqueable y es que el conector SATA III estándar admite una velocidad máxima de transferencia de 600MB/sg. Con las velocidades que pueden alcanzar los actuales discos SSD el conector SATA es un cuello de botella muy grande. Para salvar esta limitación se optó por utilizar conexiones PCIe.
La interfaz PCIe como vamos a ver admite muchísima mayor velocidad. Aquí nos topamos con otro problema y es la designación de los diferentes tipos de ranuras PCIe. Entramos en otra batalla de siglas y números pero no te preocupes porque para eso estoy aquí, para explicártelo de una manera sencilla.
Nomenclatura y tipos de PCIe
Existen varios tipos de PCIe en función de varios parámetros que debemos tener en cuenta. Vamos por partes.
En una PCIe deberemos tener en cuenta dos cosas: la versión de PCIe que sea y el número de carriles que tenga. 
En segundo lugar y no menos importante, cada tarjeta PCIe puede tener varias pistas o carriles. Continuando con nuestro ejemplo anterior sería el número de carriles que tiene nuestra autopista. A misma velocidad límite de los coches, cuantos más carriles tengamos en una autopista más cantidad de vehículos podremos transportar. Este número de carriles se escribe con un número detrás de una "x" y podremos tener PCIe con 1, 2 ,4, 8 o 16 carriles de comunicación entre el zócalo de la placa base y la tarjeta PCI.
Aquí tienes una tabla con las diferentes versiones y carriles con la velocidad máxima que podemos obtener. Actualmente vamos por la versión 3.0 de PCIe y como verás la velocidad máxima es altísima, nada que ver con al conexión SATA 3.
Siguiendo esta nomenclaturas por ejemplo vamos a fijarnos en una tarjeta PCIe 3.0 x4. Si miramos la tabla de arriba en este caso sería una tarjeta que nos daría 7,9 Gbit/s que redondeando en bytes equivale a 1 GB/sg por carril (984,6 MB/s). Como en nuestro ejemplo sería una tarjeta que pone "x4" quiere decir que tendría 4 carriles. Con una multiplicación muy sencilla comprobamos que nuestra PCIe podría alcanzar una velocidad de transferencia de 4 x 1 GB/s = 4 GB/s (4.000 MB/sg).
Otro ejemplo sería una PCIe 2.0 x4. Volvemos a la tabla y al ser una PCIe 2.0 serían 500MB/s por carril. Como también tiene 4 carriles al ser "x4", obtendríamos 4 x 500MB/s = 2.000 MB/sg (2 GB/sg).
Esta nomenclatura para designar las conexiones PCIe la podemos encontrar en todo clase de dispositivos como discos SSD M.2, tarjetas PCIe de red, tarjetas gráficas PCIe, tarjetas PCIe a Usb 3.0 y USB 3.1, tarjetas PCIe Thunderbolt, etc ...
Debes tener en cuenta que en una ranura PCIe puedes conectarle tarjetas o dispositivos de una versión inferior, pero como es lógico funcionarán sólo a la velocidad de la versión inferior. Si por ejemplo tenemos un ordenador con una ranura PCIe 3.0 y le conectamos un componente con PCIe 2.0, la velocidad de transferencia será la de 2.0, es decir, 500MB/s y multiplicado por el número de carriles que tenga.
SSD M.2 NVMe
Una vez llegados aquí vamos a ver los discos o memorias SSD más rápidos que hay, los SSD NVMe.
Por otro lado tenemos las memorias NAND que son los chips que tienen los discos SSD. Se caracterizan porque son muy rápidos aunque están muy lejos de las velocidades que alcanzan los chips de las memorias RAM. Su mayor ventaja es que no necesitan energía para mantener los datos en su interior. Cuando apagamos el equipo se mantienen los datos en la memoria NAND.
Llegamos a las NVMe o "NVM Express"que es el acrónimo de memoria no volátil (Non Volatile Memory) express y es una especificación para el acceso a unidades SSD. Podríamos definirlas como un estado intermedio entre los chips NAND y los DRAM de las memorias RAM. Son unos chips o memorias muy rápidas pero que no se borran cuando no tienen tensión, de ahí su designación de "no volátil".
Aquí tienes una tabla comparativa con las velocidades de los diferentes tipos de discos SSD y de sus conexiones.
Ahora tenemos la conjunción perfecta, una memoria NVMe muy rápida y no volátil junto con una conexión PCIe capaz de transportar todos esos datos por un bus de muy alta velocidad. Los nuevos SSD NVMe superan a los SSD SATA en 4,5 veces en lectura y 2,5 en escritura secuencial, llegando a los 2.500 MB/s y 1.500 MB/s respectivamente.
Para que te hagas una idea de las barbaridades que estamos hablando, la nueva generación de SSD de Samsung, la NVMe 960 EVO pro es un SSD M.2 PCIe 3.0 x4 que alcanza los 3.500 y 2.100 MB/sg en lectura/escritura secuencial, es decir, 3,5 y 2,1 GB/s respectivamente. Una auténtica locura comparado con los 600MB/sg de los SSD SATA III.
Para distinguir un tipo de disco de otro es muy sencillo. Los discos SSD M.2 SATA tienen 2 ranuras mientras que los NVMe sólo tienen una.
Pros y contras de los discos SSD (M.2)
Los discos SSD tienen grandes ventajas sobre los discos mecánicos ya que al no tener partes móviles no les afectan las sacudidas y las vibraciones. Tampoco generan ruido como los discos mecánicos con el molesto sonido de los platos girando y de la cabeza "rascando" sobre ellos. En este casos los SSD son silenciosos y da igual que sea un disco SSD SATA, M.2 SATA o M.2 PCIe.
También generan menos calor que los discos mecánicos pero tampoco debes despreocuparte de controlar su temperatura. Los discos M.2 de tamaño más pequeño pueden ocasionar más problemas de calentamiento porque tienen menos superficie para poder disipar el calor generado. Para solucionar este problema es conveniente pegarle unos disipadores al igual que se hace en los procesadores. Son unos disipadores más pequeños y puedes verlos en el vídeo que hice sobre las memorias M.2 en el QNAP TVS-682T.
El mayor inconveniente que tienen los discos SSD es su capacidad y su precio. Cuanto más rápido sea un SSD en lectura/escritura mayor será su precio. De hecho los SSD NVMe son los más caros por la tecnología que llevan aparejada.
Hoy en día los discos SSD están aumentado mucho su capacidad gracias a la tecnología 3D. Todavía no todos fabricantes de estos chips de memoria son capaces de producir la suficiente cantidad como el mercado demanda, pero seguramente el año que viene alcanzaremos el punto de equilibrio y los precios bajarán suavemente.
Vídeo sobre SSD M.2, PCIe y NVMe
Aquí te dejo un vídeo con toda la información y con muchas más imágenes para que puedas verlo de una manera mucho más visual y fácil de entender.
Espero que te guste.
También puedes ver el vídeo directamente en youTube en este enlace: https://youtu.be/x7QOiNsajyA
Podcast sobre SSD M.2 y PCIe
Aquí tienes el podcast relativo a este post. Puedes escucharlo desde el reproductor de la web o desde cualquier gestor de podcast.