什么是NVMe存储？了解新的行业标准

当前是固态驱动器 (SSD)的时代，因为消费类机械硬盘驱动器 (HDD)已经过时。SSD的显着优势之一是即使在没有电源运行的情况下，它也可以将数据存储在闪存芯片中。SSD在启动设备、启动应用程序和传输数据方面提供快速性能。

自2000年代初以来，串行高级技术附件 (SATA)驱动程序已通过高级主机控制器接口 (AHCI)等主机控制器将存储系统与计算机连接起来。SATA已用于笔记本电脑、台式计算机和服务器等众多设备中。但是，SATA存在一些瓶颈，在处理大数据项目时被认为速度太慢。

使用非易失性内存快速 (NVMe)是解决方案之一 – 它是一种存储接口和传输协议，使用外围组件互连快速 (PCIe)总线具有更高和最快响应时间。为了实现NVMe，SSD必须使用NVMe控制器芯片。

本文将探讨NVMe的工作原理及其功能。我们还将比较NVMe和SATA SSD并检查NVMe的四种外形尺寸和标准。

什么是NVMe？

Non-Volatile Memory Express (NVMe) 是基于PCIe的SSD的存储接口和传输协议。NVMe允许高效的数据存储并提高数据传输率。

NVMe如何工作？

最初，SATA接口用于HDD存储系统。当SSD开始变得越来越流行时，它简化了计算环境中从HDD切换到SSD的过程。

但是，SATA有许多缺点，例如速度有限和带宽低会阻碍大数据传输。更重要的是，每个SATA驱动器在主板上都需要自己的端口，因此可以连接到设备的存储系统的数量是有限的。

NVMe于2011年推出，旨在解决SATA的限制。NVMe充当存储接口和协议，与PCIe总线一起工作以快速读取和写入大量数据。

NVMe允许SSD通过PCIe总线直接连接到CPU以通过高速通道传输数据。单个第四代PCIe通道可以传输高达2,000 MB/s的数据，NVMe SSD最多使用其中四个。相比之下，SATA只有一个lane，更高可以传输600MB/s。

NVMe SSD与SATA SSD

SATA接口使用AHCI驱动程序，而NVMe专为使用闪存存储技术的SSD而设计。换句话说，它不仅速度更快，而且提供了优化的性能。这是因为SATA在连接到系统CPU之前与SATA控制器通信，而NVMe标准将SSD直接连接到CPU，无需任何控制器。

SATA SSD AHCI驱动程序只有一个可用队列，每个队列有32个命令。同时，NVMe允许多达65,535个队列，每个队列的更大深度为65,536个命令。

使用NVMe技术，由于I/O处理门铃信号的高性能，CPU可以更有效地管理队列，从而降低CPU开销。低CPU开销会导致CPU周期减少。相比之下，SATA SSD在I/O处理中产生较高的CPU周期。

与SATA SSD相比，NVMe技术缩短和优化了数据路径，从而降低了延迟。它产生大约2.8微秒的延迟，而SATA SSD有大约6微秒的延迟——比NVMe SSD长了近3微秒。

NVMe SSD最适合企业工作负载处理和人工智能、机器学习项目、实时分析、大数据传输和DevOps。它们通常用于数据中心、高端笔记本电脑和预制台式电脑。

同时，SATA SSD最适合小数据分析和各种轻量级存储应用程序。它们主要用于预算笔记本电脑和服务器。

在价格方面，与SATA SSD相比，NVMe SSD更贵。目前1TB SATA SSD数据存储的价格在100–130美元左右。NVMe SSD的价格更高——1TB的存储成本在129美元到200美元之间。

这是AHCI与NVMe之间的比较表：

NVMe的外形尺寸和标准

NVMe技术在其功能和规格方面仍在不断改进。自从首次引入NVMe接口以来，市场上有四种NVMe外形规格——U.2、M2、附加卡 (AIC)和企业和数据中心外形规格 (EDSFF)。

NVMe外形尺寸与基于PCIe的SSD兼容，因为它们现在被视为行业标准。

以下是每种NVMe外形尺寸的说明：

• U.2 – 这些SSD可以安装SATA SSD的现有主板插槽，但也可以使用多达四个PCIe通道。U.2 SSD有2.5英寸和3.5英寸两种尺寸。U.2磁盘有多种存储容量可供选择。
• M.2——这种外形尺寸的SSD比U.2小得多。它们是具有低热量排放的紧凑型NVMe驱动器。要使用M.2 SSD，请确保您的主板有合适的插槽。
• AIC – 附加卡SSD很容易通过PCIe总线连接。这使得它们易于部署用于数据中心等商业目的。一些AIC SSD包括处理器和附加芯片以提高其性能。
• ESDFF – 这些驱动器更大限度地提高了每个驱动器的容量。它们可扩展到30TB。它们主要用于企业和数据中心存储系统。ESDFF外形尺寸强调热效率以调节系统温度。

小结

NVMe是一项突破性技术，以卓越的性能超越了其前身SATA。它提供更快的传输速度和更低的延迟，以及其他好处。它利用PCIe数据通道，以便存储设备可以直接与CPU通信。

要充分利用NVMe SSD的全部潜力，请将它们用于实时应用程序部署、数据分析、人工智能和机器学习。

我们已经谈到了以下四种NVMe外形尺寸：

• U.2 – 这些驱动器可以使用SATA连接和最多四个PCIe通道。
• M.2 – 在低温下运行的紧凑型驱动器，可更大限度地提高性能。
• AIC – 一种以扩展卡形式出现的NVMe外形尺寸。
• ESDFF——企业数据存储解决方案的优秀解决方案。