了解 SSD 技術：NVMe、SATA、M.2

了解 SSD 技術：NVMe、SATA、M.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NVMe 的優勢

 

 

 

 

 

NVMe 技術帶來出眾的存儲空間、速度和兼容性。由于 NVMe 利用 PCIe 插槽，它傳輸的數據量是同等 SATA 產品的 25 倍。除了更多數據，NVMe 命令的速度是 AHCI 驅動程序命令的 2 倍。此外，NVMe 的每秒輸入/輸出操作 (IOPS) 超過 100 萬，是 AHCI 硬盤的 900%。得益于自身的兼容性，NVMe 還直接與系統 CPU 通信，具有驚人的速度。NVMe 硬盤兼容所有主要的操作系統，無論外形尺寸如何。

 

NVMe (Non-Volatile Memory Express) 是一種通信接口和驅動程序，可充分利用 PCIe 提供的更高帶寬。它旨在提高性能和效率，同時讓廣泛的企業級系統和客戶端系統實現互操作。NVMe 專為 SSD 設計，利用高速 PCIe 插槽在存儲接口和系統 CPU 之間進行通信，不存在外形尺寸限制。

 

NVMe 協議利用類似高性能處理器架構的并行、低延遲基礎介質數據通道。相比 SAS 和 SATA 協議，這大幅提升了性能并降低了延遲。NVMe可以支持多個 I/O 隊列，最多可達 64000 個，而每個隊列包含 64000 個條目。相比采 AHCI（高級主控接口）等傳統驅動程序的舊存儲模型，NVMe 讓輸入/輸出任務可以更快地傳輸更多數據。由于 NVMe專為 SSD 設計，它最終將成為新的行業標準。

 

SSD 存儲：過去與現在

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

數據總線在系統內傳輸數據，當基于 NAND 的 SSD 一經面世，行業就意識到推出新的總線和協議勢在必行。

• 第一代 SSD 速度相對較慢，因而便于利用現有的 SATA 存儲基礎架構。盡管 SATA 總線已發展到 16Gbps，但幾乎所有 SATA 總線的商業實現仍維持在 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 16 個通道，數據傳輸速度高達 32,000MB/秒，而 SATA III 最高傳輸速度僅為 600MB/秒。利用現有更高帶寬總線技術的決定將 SATA 協議替換為 PCIe 技術。PCIe 存儲的出現比 NVMe 早幾年，但以往的解決方案受到 SATA 和 AHCI 等較舊數據傳輸協議的瓶頸限制，導致 PCIe 存儲無法發揮全部潛力，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 個隊列，消除了各種限制因素。多隊列設計可以提高數據傳輸速度，因為數據是利用芯片和塊以分散形式寫入 SSD 的，而不是像機械硬盤一樣在旋轉的磁盤上寫入數據。

通信驅動器程序：AHCI 與NVMe

通信驅動程序被操作系統用來與存儲設備交換數據。NVMe 驅動程序比常見于 SATA 接口的 AHCI 驅動程序速度快。

• NVMe專為采用閃存技術的 SSD 設計，速度遠超專為采用旋轉磁盤技術的普通機械硬盤設計的 AHCI 驅動程序。
• NVMe 擁有 64000 個命令隊列，可以每個隊列發送 64000 條命令，而 AHCI 只有一個命令隊列，每個隊列只能發送 32 條命令。
• 利用 AHCI 驅動程序，命令利用高 CPU 周期，延遲為 6 微秒，而 NVMe 驅動程序命令利用低 CPU 周期，延遲為 2.8 微秒。

NVMe驅動程序直接與系統 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，而 NVMe 的 IOPS 超過 100 萬。IOPS（每秒輸入/輸出操作，發音是 i-ops）是用來對計算機存儲設備進行基準測試的常見性能衡量指標。

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用。

• 個人/客戶端產品使用 BGA 和 M.2 外形尺寸。
• 數據中心/服務器應用使用 M.2、U.2、U.3 和 EDSFF 外形尺寸。

目前業界正在針對 EDSFF（企業和數據中心 SSD 外形尺寸）制定標準和推動相關工作，EDSFF 提供一個動態范圍的外形尺寸和標準，共用相同的協議 (NVMe)、相同的接口 (PCIe)，并使用它們自己的邊緣連接器 (SFF-TA-1002)、引腳分配和功能 (SFF-TA-1009)。