O que é SATA Express, SATA M.2, SSDs PCIe e NVMe?

SATA Express, M.2 e NVMe não são nomes tão intuitivos, além de não destacarem tanto quais são as vantagens desses novos formatos de armazenamento. Já faz algum tempo que abandonamos o padrão PATA, substituídos pelo SATA, formato mais comum atualmente e lançado inicialmente com velocidades máximas de 1,5 Gbps, em passando por revisões para aumentar a sua capacidade de transferência máxima (Gen2: 3,0 Gbps, Gen3: 6,0 Gbps), mas aproveitando o mesmo conector e protocolo.

Aliás, essa diferenciação entre conector e protocolo é o que acaba confundindo o usuário, já que o SATA M.2, por exemplo, usa um conector próprio, mas pode trabalhar tanto com SATA quanto PCI Express. NVMe, por outro lado, não é um conector, mas uma especificação de acesso criado especificamente para SSDs. Uma verdadeira sopa de letrinhas.

Mas antes de entendermos o que cada um significa, vamos entender o “problema”.
O "problema" do SATA

Quem já experimentou qualquer computador, seja PC ou notebook com um SSD, há uma boa chance que ele utilize o padrão SATA, de longe o mais popular do mercado. Comparado com qualquer modelo que use um disco rígido convencional, o ganho de desempenho é fantástico, mesmo que seja um SSD mais antigo, que ainda use o padrão SATA 2, limitado a 3,0 Gbps, já que, no mundo real, boa parte da carga de trabalho de um disco se dá de forma aleatória, e é aqui que os SSDs “destroem” os discos mecânicos.

O tempo de boot diminui, programas abrem mais rapidamente, jogos demoram muito menos tempo para carregar. Isso mesmo utilizando o mesmo processador, quantidade de memória RAM e placa de vídeo, já que o principal gargalo de qualquer computador é o armazenamento, mesmo que seja um disco rígido mais moderno. Ou seja, a superioridade dos SSDs é inquestionável. Então, por que o título é “o problema do SATA”?

Podemos fazer uma analogia aqui. A Fórmula 1, por exemplo, serve como um laboratório de testes para tecnologias que chegarão aos carros para o consumidor dentro de alguns poucos anos, e o mesmo acontece com novos padrões. Ainda que os SSDs SATA estejam bem longe de ser um motivo de reclamação para qualquer usuário, ele já não atende o segmento entusiasta, que já começou a enfrentar gargalos com o SATA III, em especial em modelos que podem facilmente ultrapassar a velocidade teórica máxima desse padrão.

Ou seja, a adoção de novos padrões pelo público entusiasta é meio caminho andado para a sua popularização e consequente adoção pelo consumidor final. Então, vamos conhecer essas novas tecnologias.

SATA Express (ou SATAe)

Basicamente, o SATA Express é conector híbrido que suporta implementações distintas em diferentes placas-mãe. De um lado, ele é perfeitamente retro compatível com o padrão SATA III. De outro, mais interessante, ele funciona como uma conexão para as conexões PCI Express da placa-mãe, as mesmas utilizadas para conectar placas de vídeo e periféricos mais rápidos, não limitados às velocidades de transferência do padrão SATA.

Com o mesmo conector, o usuário pode plugar dois HDs/SSDs SATA comuns ou usar um conector único SATAe que encaixa nas três entradas, acessando o conector de 4 pinos (localizado ao lado dos conectores SATA na imagem acima), passando a acessar as linhas PCI Expressa da placa-mãe. Usando o PCI Express 2.0, as velocidades máximas passam para cerca de 780 MB/s, chegando até 1580 MB/s com o PCIe 3.0 (contra cerca de 550 MB/s em SSDs SATA), mostrando o real benefício de usar o SATA Express.

Naturalmente, essa é a velocidade máxima teórica que o padrão suporta, já que a velocidade real de uso depende do SSD. Por exemplo, se um SSD for projetado para trabalhar com velocidades máximas de 500 MB/s, não faz diferença conectá-lo no SATA Express em relação ao SATA III, já que ele não sofre gargalos em nenhum dos padrões. Contudo, SSDs mais novos ultrapassam facilmente a banda máxima do SATA III, então o PCI Express passa a fazer sentido.

Basicamente, o conector SATA Express usa duas conexões SATA III.

Aqui cabe um questionamento interessante: em vez de usar o SATA Express, por que não criar uma quarta revisão do SATA (SATA IV, no caso), dobrando novamente a banda máxima para 1200 Mbps? Pois exigiria grandes mudanças no padrão SATA, que não foi projetado originalmente para chegar em valores tão altos (foi criado ainda em 2003), além de passar a consumir uma quantidade desproporcional de energia. Uma nova revisão não seria tão simples quanto as duas primeiras, em outras palavras.

SATA M.2

Assim como o SATA Express, o SATA M.2 é uma implementação híbrida, que pode usar tanto o PCI Express quanto o SATA, só que é ainda mais versátil. Para começar, não existe um tamanho específico para SSDs M.2 (antes conhecido como Next Generation Form Factor – NGFF), com larguras que variam de 16 mm até 110 mm (com o modelo de 22 mm sendo o mais comum), e comprimentos que variam de 30 mm até 110 mm, assim como as velocidades máximas de transferência.

Slot SATA M.2 em uma placa-mãe da Gigabyte, com trilhas compartilhadas PCI Express.

Os primeiros modelos mal alcançavam a velocidade do padrão SATA III, assim como boa parte dos modelos mais baratos. Já os que usam a conexão PCI Express ultrapassam facilmente a marca do 1 GB/s, o que não interfere em quase nada na banda máxima disponível (até o momento) usando 4 linhas PCI Express 3.0 (em outras palavras: até 32 Gbps). Há vários modelos à venda que se conectam à placa-mãe via um adaptador PCI Express, mas placas-mãe mais modernas já trazem um conector dedicado, geralmente na mesma área onde estão os slots PCIe.

Mais do que uma velocidade de transferência superior, o padrão SATA M.2 oferece um benefício extra: é consideravelmente menor e mais fino do que SSDs de 2,5'', algo especialmente importante para notebooks. Mesmo um laptop médio é considerável fino, ainda sendo capaz de acomodar um SSD comum, mas Ultrabooks chegaram em um ponto onde a espessura do SSD pode ser um problema, território no qual o SATA M.2 pode mostrar a que veio.

Naturalmente, uma das soluções para isso é soldar os chips diretamente na placa-mãe, algo comum em Macbooks. No entanto, isso não possibilita upgrades, já que o M.2 permite que o usuário troque o SSD original de 128 GB por um mais veloz de maior capacidade se preferir. Mesmo notebooks médios já permitem a instalação de um SSD SATA M.2 e um drive de 2,5''. Isso significa que na data em que este artigo foi escrito, é perfeitamente possível usar um SSD de 512 GB e um disco rígido de 2 TB em um notebook que está longe de ser grosso, algo inimaginável há poucos anos.

SSDs PCI Express

Como dissemos acima, há uma boa quantidade de SSDs que se conectam diretamente nos slots PCI Express, mas usam o padrão SATA M.2, cuja placa é basicamente um adaptador. Mas há também SSDs que usam diretamente, como é o caso dos modelos da Intel série 750.

Há vantagens e desvantagens nessa abordagem. A vantagem é que as velocidades de transferência chegam a absurdos 2400 MB/s (leitura) e 1200 MB/s (escrita). Suficiente para carregar o Office, não?

Exemplo de SSD SATA M.2 usando um adaptador paras se conectar aos slots PCI Express.

Por outro lado, ainda são extremamente caros, chegando a R$ 6.000 para o modelo com capacidade de 1,2 TB. Outro é o atraso no boot do sistema (boot lag), já que o POST não reconhece essa abordagem de forma tão “natural” como os componentes comuns, em especial por se tratar de uma tecnologia com poucos anos de vida, além da pouca quantidade de placas-mãe que suportam completamente esses drives.

O modelo da Intel se conecta diretamente ao PCI Express.

NVMe (Non-Volatile Memory Express)

Muitas vezes confundido com um padrão de SSD, o NVMe é, na verdade, a parte do software. O foco é aproveitar as maiores velocidades de transferência dos padrões acima de uma forma mais inteligente, substituindo o AHCI (Advanced Host Controller Interface), criado em 2004 com discos mecânicos em mente, não SSDs. A principal vantagem não são as velocidades máximas de transferência, e sim os tempos de acesso bem menores.

O grande responsável por tornar os SSDs em PCs ou notebooks mais rápido é o acesso aleatório superior (escrita e leitura de dados), e o NVMe foi projetado para aproveitar essa vantagem natural em SSDs que usam o PCI Express. Não somente SSDs, mas também tecnologias que ainda vão aparecer nos próximos anos, como RRAM e MRAM.

Conclusão

Hora de correr atrás de modelos que usem esses novos padrões? Sim e não. Sim se você possui uma configuração tão poderosa a ponto de aproveitar os benefícios (e, claro, se há suporte), situados no segmento high-end de produtos. Para essas configurações, os preços dos modelos que usam qualquer um dos padrões acima são apenas uma pequena parte do custo final da máquina.

E não em uma série de situações. A primeira delas é o fato de que os SSDs mais avançados que usam o padrão SATA III já são “bons o suficiente” para boa parte do público. Mesmo quem precisa de “um pouco mais” pode facilmente fazer um RAID 0 sem precisar adotar um novo padrão. O segundo é o preço, que é alto para qualquer tecnologia nova. Já o terceiro é disponibilidade (em especial no Brasil), uma vez que há um portfólio bem pequeno de produtos disponíveis até o momento.

De qualquer forma, acreditamos que os três padrões acima se tornarão mais acessíveis em poucos anos, assim como os SSDs SATA III melhoraram, e muito, o custo por gigabyte (quem comprou SSDs em 2010 que o diga).