NVMe 的優(yōu)勢(shì)

NVMe 技術(shù)帶來(lái)出眾的存儲(chǔ)空間、速度和兼容性。由于 NVMe利用 PCIe 插槽，它傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量是同等 SATA 產(chǎn)品的 25倍。除了更多數(shù)據(jù)，NVMe 命令的速度是 AHCI 驅(qū)動(dòng)程序命令的 2 倍。此外，NVMe 的每秒輸入/輸出操作 (IOPS) 超過(guò) 100 萬(wàn)，是 AHCI 硬盤(pán)的 900%。得益于自身的兼容性，NVMe 還直接與系統(tǒng) CPU 通信，具有驚人的速度。NVMe 硬盤(pán)兼容所有主要的操作系統(tǒng)，無(wú)論外形尺寸如何。

NVMe (Non-Volatile Memory Express) 是一種通信接口和驅(qū)動(dòng)程序，可充分利用 PCIe 提供更高帶寬。它旨在提高性能和效率，同時(shí)讓廣泛的企業(yè)級(jí)系統(tǒng)和客戶(hù)端系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互操作。NVMe 專(zhuān)為 SSD 設(shè)計(jì)，利用高速 PCIe 插槽在存儲(chǔ)接口和系統(tǒng) CPU 之間進(jìn)行通信，不存在外形尺寸限制。

NVMe 協(xié)議利用類(lèi)似高性能處理器架構(gòu)的并行、低延遲基礎(chǔ)介質(zhì)數(shù)據(jù)通道。相比 SAS 和 SATA 協(xié)議，這大幅提升了性能并降低了延遲。NVMe可以支持多個(gè) I/O 隊(duì)列，最多可達(dá) 64000 個(gè)，而每個(gè)隊(duì)列包含 64000 個(gè)條目。相比采 AHCI（高級(jí)主控接口）等傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序的舊存儲(chǔ)模型，NVMe 讓輸入/輸出任務(wù)可以更快地傳輸更多數(shù)據(jù)。由于 NVMe專(zhuān)為 SSD 設(shè)計(jì)，它最終將成為新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

SSD 存儲(chǔ)：過(guò)去與現(xiàn)在

數(shù)據(jù)總線在系統(tǒng)內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)，當(dāng)基于 NAND 的 SSD 一經(jīng)面世，行業(yè)就意識(shí)到推出新的總線和協(xié)議勢(shì)在必行。

第一代 SSD 速度相對(duì)較慢，因而便于利用現(xiàn)有的 SATA 存儲(chǔ)基礎(chǔ)架構(gòu)。盡管 SATA 總線已發(fā)展到 16Gbps，但幾乎所有 SATA 總線的商業(yè)實(shí)現(xiàn)仍維持在 6Gbps。

PCIe 3.0 的總吞吐率為 16Gbps，而 PCIe 4.0 的吞吐率是 PCIe 3.0 的兩倍。它提供多達(dá) 16 個(gè)通道，數(shù)據(jù)傳輸速度高達(dá) 32,000MB/秒，而 SATA III 最高傳輸速度僅為 600MB/秒。

利用現(xiàn)有更高帶寬總線技術(shù)的決定將 SATA 協(xié)議替換為 PCIe 技術(shù)。PCIe 存儲(chǔ)的出現(xiàn)比 NVMe 早幾年，但以往的解決方案受到 SATA 和 AHCI 等較舊數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的瓶頸限制，導(dǎo)致 PCIe 存儲(chǔ)無(wú)法發(fā)揮全部潛力，直到最近幾年這種局面才有所改變。NVMe 正是這種瓶頸的解決方案，提供低延遲命令和 64000 個(gè)隊(duì)列，消除了各種限制因素。多隊(duì)列設(shè)計(jì)可以提高數(shù)據(jù)傳輸速度，因?yàn)閿?shù)據(jù)是利用芯片和塊以分散形式寫(xiě)入 SSD 的，而不是像機(jī)械硬盤(pán)一樣在旋轉(zhuǎn)的磁盤(pán)上寫(xiě)入數(shù)據(jù)。

通信驅(qū)動(dòng)器程序：AHCI 與NVMe

通信驅(qū)動(dòng)程序被操作系統(tǒng)用來(lái)與存儲(chǔ)設(shè)備交換數(shù)據(jù)。NVMe 驅(qū)動(dòng)程序比常見(jiàn)于 SATA 接口的 AHCI 驅(qū)動(dòng)程序速度快。

NVMe專(zhuān)為采用閃存技術(shù)的 SSD 設(shè)計(jì)，速度遠(yuǎn)超專(zhuān)為采用旋轉(zhuǎn)磁盤(pán)技術(shù)的普通機(jī)械硬盤(pán)設(shè)計(jì)的 AHCI 驅(qū)動(dòng)程序。

NVMe 擁有 64000 個(gè)命令隊(duì)列，可以每個(gè)隊(duì)列發(fā)送 64000 條命令，而 AHCI 只有一個(gè)命令隊(duì)列，每個(gè)隊(duì)列只能發(fā)送 32 條命令。

利用 AHCI 驅(qū)動(dòng)程序，命令利用高 CPU 周期，延遲為 6 微秒，而 NVMe 驅(qū)動(dòng)程序命令利用低 CPU 周期，延遲為 2.8 微秒。

NVMe驅(qū)動(dòng)程序直接與系統(tǒng) CPU 通信，而 AHCI 必須與 SATA 控制器通信。AHCI 的 IOPS（每秒輸入/輸出操作）最高 10 萬(wàn)，而 NVMe 的 IOPS 超過(guò) 100 萬(wàn)。IOPS（每秒輸入/輸出操作，發(fā)音是 i-ops）是用來(lái)對(duì)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試的常見(jiàn)性能衡量指標(biāo)。

NVMe SSD 外形尺寸

· NVMe SSD 存在多種不同的外形尺寸，但具體取決于用例或應(yīng)用。

· 個(gè)人/客戶(hù)端產(chǎn)品使用 BGA 和 M.2 外形尺寸。

· 數(shù)據(jù)中心/服務(wù)器應(yīng)用使用 M.2、U.2、U.3 和 EDSFF 外形尺寸。