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【金士顿】什么是 NVMe SSD 技术？

存储
2022-11-06
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更新：2022-11-06 18:07:53

## NVMe 的好处

NVMe技术提供卓越的存储、卓越的速度和卓越的兼容性。由于 NVMe 使用 PCIe 插槽，它传输的数据是 SATA 的 25 倍。除了更多的数据，NVMe 的命令比 AHCI 驱动程序快 2 倍。此外，NVMe 每秒输入/输出操作 (IOPS) 超过 100 万次，与 AHCI 驱动器相比，速度提高了 900%。NVMe 还直接与系统 CPU 通信，由于其兼容性，它具有令人难以置信的速度。NVMe 驱动器适用于所有主要操作系统，无论外形尺寸如何。

NVMe (Non-Volatile Memory Express) 是一种通信接口和驱动程序，可利用 PCIe 提供的更高带宽。它旨在提高性能和效率，同时使广泛的企业和客户端系统具有互操作性。NVMe 专为 SSD 设计，使用高速 PCIe 插槽在存储接口和系统 CPU 之间进行通信，不受外形尺寸限制。

NVMe 协议利用并行、低延迟的数据路径连接到底层媒体，如高性能处理器架构。与 SAS 和 SATA 协议相比，这提供了显着更高的性能和更低的延迟。NVMe 可以支持多个 I/O 队列，最多 64K，每个队列有 64K 条目。这允许输入/输出任务比使用 AHCI（高级主机控制器接口）等传统驱动程序的旧存储模型更快地传输更多数据。由于 NVMe 是专为 SSD 设计的，它最终将成为新的行业标准。

## SSD 存储：过去和现在

数据总线在系统内传输数据，当基于 NAND 的 SSD 首次问世时，业界很清楚需要新的总线和协议。

<span>◼ </span>最初的 SSD 速度相对较慢，因此可以方便地使用现有的 SATA 存储基础设施。尽管 SATA 总线已经发展到 16Gbps，但几乎所有 SATA 总线的商业实现都保持在 6Gbps。

<span>◼ </span>PCIe 3.0 的总吞吐量为 16Gbps，而 PCIe 4.0 的吞吐量是 PCIe 3.0 的两倍。它提供多达 16 条通道，并且可以传输高达 32,000MB/s 的数据，而 SATA III 仅传输高达 600MB/s。

利用现有更高带宽总线技术的决定用 PCIe 技术取代了 SATA 协议。PCIe 存储比 NVMe 早了几年，但由于以前的解决方案受到 SATA 和 AHCI 等旧数据传输协议的限制，直到最近几年才充分发挥其潜力。NVMe 是解决瓶颈的解决方案，并通过提供低延迟命令和 64K 队列来消除限制。多个队列允许更快的数据传输，因为数据使用芯片和块以分散的方式写入 SSD，而不是写入硬盘等旋转磁盘。

### 通信驱动程序：AHCI 与 NVMe

操作系统使用通信驱动程序与存储设备进行数据通信。NVMe 驱动程序比 SATA 接口中常见的 AHCI 驱动程序更快。

<span>◼ </span>NVMe 专为采用闪存技术的 SSD 而设计，使其比 AHCI 驱动程序更快，AHCI 驱动程序专为采用旋转磁盘技术的普通硬盘驱动器而设计。

<span>◼ </span>NVMe 有 64K 个命令队列，每个队列可以发送 64K 个命令，而 AHCI 只有一个命令队列，每个队列只能发送 32 个命令。

<span>◼ </span>对于 AHCI 驱动程序，命令使用延迟为 6 微秒的高 CPU 周期，而 NVMe 驱动程序命令使用延迟为 2.8 微秒的低 CPU 周期。

NVMe 驱动程序直接与系统 CPU 通信，但 AHCI 必须与 SATA 控制器通信。AHCI 的 IOPS（每秒输入/输出操作）高达 100K，而 NVMe 的 IOPS 超过 100 万。IOPS（每秒输入/输出操作，发音为 i-ops）是用于基准测试计算机存储设备的常见性能测量。

## NVMe SSD 外形尺寸

NVMe SSD 有多种外形尺寸，但具体取决于用例或应用程序。

<span>◼ </span>个人/客户端产品使用 BGA 和 M.2 外形尺寸。

<span>◼ </span>数据中心/服务器应用程序使用 M.2、U.2、U.3 和 EDSFF 外形尺寸。

EDSFF（企业和数据中心 SSD 外形尺寸）正在制定标准和努力，它提供了动态范围的外形尺寸和标准，共享相同的协议 (NVMe)、相同的接口 (PCIe)，并使用自己的边缘连接器(SFF-TA-1002)、引脚和功能 (SFF-TA-1009)。

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