nvme是什麼硬碟

nvme是固態硬碟；它是使用PCI-E通道的固態硬碟一種規格。 nvme規範目的在於充分利用PCI-E通道的低延時以及並行性，還有當代處理器、平台與應用的並行性，在可控制的存儲成本下，極大的提升固態硬碟的讀寫性能，降低由於AHCI介面帶來的高延時，徹底解放SATA時代固態硬碟的極致效能。

本教學操作環境：windows7系統、Dell G3電腦。

NVMe其實與AHCI一樣都是邏輯設備介面標準，NVMe是使用PCI-E通道的固態硬碟一種規範，在設計之初NVMe就充分利用到PCI-E的低延遲以及並行性。而它對於傳統使用SATA通道的固態硬碟而言，最明顯的優勢就是擁有超高的讀寫速度。

NVMe是Non-Volatile Memory express(非揮發性記憶體主機控制器介面規格)的簡稱，它是一種協議，能夠使固態硬碟(SSD)運作得更快，如今在企業用戶中已越來越流行。

理解什麼是NVMe的最簡單的方法就是打個比方——假設你剛買了一輛跑車，速度能達到400公里每小時，是你以前那輛老汽車的3到4倍。唯一的問題是，普通的道路是無法允許以這樣的速度行駛的，而且一般城市道路限速幾十公里每小時，往往還得考慮車流的問題。如果你想要讓跑車更快，就需要換一條路開。

這個場景有點像是製造商推出基於快閃記憶體技術的SSD之後，儲存產業的狀況。快閃記憶體技術比傳統機械硬碟快很多倍(快多少倍取決於你使用的裝置)，但是早期的裝置都使用與硬碟相同的SATA或SAS連接到系統和網路。雖然這些介面對於硬碟(HDD)所能提供的效能來說已經足夠了，但是它們為SSD帶來了瓶頸。這對於企業大數據分析和其他資料密集型工作負載來說，尤其是個問題。

這些效能問題促使人們尋找更好的方式將SSD連接到伺服器，這正NVMe的用武之地。

1、什麼是NVMe?

NVMe協議標準由NVM Express公司監管，這是一個由100多個組織組成的聯盟，這些組織致力於開發更快的協議以提高非揮發性儲存的效能。該組織由13家公司組成的董事會領導，包括Cavium、Cisco、Dell EMC、Facebook、英特爾、Micron、Microsemi、微軟、NetApp、三星、希捷、東芝記憶體和Western Digital。

HDD能達到的最高理論速度，與SATA、NVMe最高提供的理論速度對比

NVMe的官方定義將其描述為「一個開放的標準和資訊集合，以充分釋放非揮發性儲存在從行動端到資料中心的所有類型的計算環境中能夠提供的優勢。NVMe從底層開始設計，為當前和未來的NVM技術提供高頻寬和低延遲儲存存取。」

NVMe是透過PCI Express匯流排將儲存連接到伺服器的介面規範，簡單來說就是，讓SSD與主機系統通訊的速度更快。它有助於緩解快閃記憶體透過最初為HDD設計的SAS或SATA連接到系統時出現的瓶頸。

2、NVMe的速度遠遠快於SATA或SAS

NVMe控制器透過幾種不同的方式提高效能。一種是使用PCIe匯流排，它將儲存直接連接到系統CPU。這種直接連接消除了SATA的一些必要步驟，並提高了整體效能。

此外，NVMe SSD在很大程度上實現了並行性，大大提高了吞吐量。當資料從儲存傳輸到伺服器主機時，它會進入一行或佇列。傳統的SATA連線只能支援一個佇列，一次只能接收32個資料。再回到車的類比上，就像只有一條車道的車流可以容納32輛車。

而NVMe儲存支援最多64000個隊列，每個隊列有64000個條目。換句話說，這就像從一條單行道走到一條6.4萬車道的路上，每條車道都能容納6.4萬輛汽車，這對整體表現產生了巨大的影響。

就像我們的類比中說城市道路一般限速在幾十公里每小時一樣，SATA和SAS連線也有速度限制。對於SATA，理論最大傳輸速度為6.0 Gbps(在實務中，最大傳輸速度要低得多)。這就相當於為SATA SSD的運行速度設定了上限。超過一定限度，使用再快的快閃記憶體對系統的整體效能沒有影響，因為SATA連接會造成瓶頸。

對於大多數消費者來說，SATA SSD提供了足夠的性能來完成日常工作。而且由於SATA SSD比NVMe SSD便宜，大多數消費者等級的固態儲存仍使用SATA介面。

然而，企業處理的資料通常比消費者多得多，對他們來說，SATA連線帶來的延遲可能會成為一個問題。

Intel750系列是支援NVMe技術的固態硬碟產品之一

3、只有SSD運行在NVMe上

因為NVMe驅動器要比SATA快得多，所以將NVMe與HDD放在一起使用來提高效能似乎是個好主意。但請記住，NVMe代表非揮發性儲存介面規範，它是專門為NAND 快閃記憶體等非揮發性儲存設計的(儘管它也可以用於較新的非揮發性內存，例如3D XPoint)。

當系統從HDD讀取資料時，它一次只能讀取一塊資料。因為它必須進行旋轉以定位到第一個資料塊的正確物理位置，然後再次旋轉，移動到第二個資料塊的正確位置，以此類推。另一方面，快閃記憶體和其他非揮發性儲存技術沒有移動部件。這意味著系統可以同時從許多不同的位置讀取資料。這就是為什麼SSD可以利用NVMe提供的並行性，而HDD不能。

4、PCIe和NVMe有關係，但它們不是同一個東西

對許多人來說，NVMe最令人困惑的部分是它與PCIe的關係。有些廠商使用NVMe作為標籤來指稱他們的SSD，其他廠商則使用PCIe標籤，有些廠商似乎可以互換使用這些術語。

雖然PCIe和NVMe密切相關，但兩個術語指的是略有不同的技術。可以將PCIe看作是系統的物理部分。當您將一個NVMe SSD插入伺服器時，您需要透過一個PCIe插槽連接它。

相較之下，NVMe是一種協議，是一組允許SSD使用PCIe匯流排的軟硬體標準。可以這麼說，NVMe是允許儲存裝置與伺服器連線的語言，而PCIe是實際的實體連線。

5、NVMe-oF連接SSD到網路

本文主要關注的是標準的NVMe，它將SSD直接連接到伺服器，但NVM Express組織也發布了NVMe over Fabric (NVMe - oF)的規範，它將用於區塊儲存的非揮發性儲存連接到網路。根據該組織的說法，「NVMe- oF定義了一個通用架構，它支援一系列儲存網路結構，用於儲存網路結構之上的NVMe區塊儲存協定。」這包括在儲存系統中啟用前端接口，擴展到大量NVMe設備，並在資料中心內延長NVMe設備和NVMe子系統可存取的距離。

NVMe-oF規範與NVMe規範有大約90%的相同;然而，它確實使用了一種不同的傳輸映射機制。 NVME-oF也有兩種不同的變體:一種用於RDMA，另一種用於光纖通道。

NVMe-oF規範也比NVMe規範新得多，儘管一些廠商已經宣布支援這項技術，但實際上很少有廠商銷售NVMe的產品。期待這種技術在未來幾年變得更加普遍。

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