定义

NVMe(非易失性内存快车)

通过

NVMe是什么?

NVMe(非易失性内存快车)是一种主控制器接口和存储协议，旨在通过计算机的高速外设组件互连快车总线加速企业和客户系统以及固态硬盘之间的数据传输速度。

NVMe通常用于固态存储，主存、高速缓存或备份存。它提供了小型计算机系统接口(Small Computer System Interface, SCSI)标准和高级技术附件(Advanced Technology Attachment, ATA)标准的替代方案，用于在主机系统和目标存储设备之间连接和传输数据。NVMe是为使用更快的媒体而设计的。基于nvme的主要优点作为PCIe与其他存储类型相比，ssd具有降低时延和提高IOPS (input/output operations per second)的优点。

随着固态技术成为存储市场的首选介质，现有的接口和协议——如串行高级技术附件(Serial Advanced technology Attachment，串行高级技术附件)(萨塔)和串行连接SCSI (SAS)——不再适合于数据中心环境。2011年初，最初的NVMe规范发布了。近100家科技公司参与了它的开发。

NVMe也是不断发展的技术和应用的关键推动者，如物联网、人工智能和机器学习，它们都可以从与nvme相关的存储提供的低延迟和高性能改进中受益。

NVMe是如何工作的?

NVMe标准没有说明NVMe的主要用途;但是，它确实为基于pcie的ssd定义了一个寄存器接口、命令集和特性集合，目标是实现高性能互操作性跨广泛的NVM系统。

NVMe协议可以支持任何形式的非易失性内存，比如使用不同类型的非易失性内存的ssd，包括快闪记忆体．NVMe参考驱动程序可用于各种操作系统，包括Windows和Linux。

NVMe SSD通过PCIe总线或PCIe总线连接M.2和U.2连接器。与这些连接连接在一起的NVMe协议可以实现更低的延迟和更高的IOPS，并减少功耗。

NVMe命令映射输入/输出(I / O）在PCIe接口上响应主机中的共享内存。NVME接口支持具有多核处理器的并行I / O，以促进高吞吐量和地址中央处理单元（CPU）瓶颈。

NVMe为什么重要?

专为高性能的非易失性存储介质，如SSD，NVME非常适合高苛刻，计算密集型设置。例如，NVME可以处理企业工作负载，同时留下较小的基础设施占地面积，并消耗更少的电源。

相比之下，NVMe和SATA在性能上有很大的差异。例如，NVMe的延迟要比SAS和SATA协议小得多。性能的提高和延迟的减少意味着NVMe可以用于需要实时处理的工作负载密集型应用程序，同时避免瓶颈。

企业环境和数据中心可以利用基于nvme的存储提供的高性能。

NVMe的用例是什么?

由于NVMe为flash存储提供了极高的性能，以及它处理大量队列和命令的能力，NVMe适合于:

专业和专业和Prosumer使用，处理图形编辑等任务。
用于存储I/O的大队列深度应用程序，包括数据库和一些web操作。
高性能计算。特别是在低延迟至关重要的应用程序中。
需要存储大量数据的领域，如人工智能、机器学习、高级分析和大数据。
关系数据库。NVMe更好的性能闪存系统可以减少物理服务器的数量。
需要实时检索或存储数据的应用程序，如金融和电子商务应用程序。

NVMe有什么好处?

NVME的好处包括：

NVMe驱动器发送命令的速度是AHCI SATA驱动器的两倍。
NVMe ssd的延迟时间只有几微秒，SATA ssd的延迟时间在30到100微秒之间。
高效的存储、管理和数据存取。
与SATA和SA相比有更高的带宽。
支持多种形式因素，包括M.2, U.2和连接。
数据可以分割和精简。
支持隧道协议，解决隐私问题。

NVMe的缺点是什么?

潜在的缺点包括:

对遗留系统对NVME缺乏支持。
在存储大量数据时成本效益不高。与基于存储容量的旋转驱动器相比，它更昂贵。
它通常与M.2格式一起使用，这可以进一步限制驱动选择。

SATA，NVME和SAS之间有什么区别？

萨塔．SATA是一种为计算机交互而开发的通信协议硬盘驱动器（HDD）存储系统。2000年推出，SATA被激滑ATA并迅速成为计算机的无处不在的存储系统协议。多年来，对规范的修订已经向上运行，以6 Gbps运行，其有效吞吐量每秒高达600 MB。

尽管早期的ssd是为使用机械旋转盘片和驱动器控制的读写头的硬盘技术开发的，但为了利用现有的SATA生态系统，它们在市场上都使用了SATA接口。这是一种方便的设计，有助于加速SSD的采用，但它不是NAND闪存设备的理想接口，并日益成为系统瓶颈。

nvme.．NVMe专为flash而设计，其速度和低延迟将SATA甩在了后面，而NVMe能够以更小的尺寸(如M.2)实现更高的存储容量。一般情况下，NVMe的性能参数是SATA的5倍以上。

SATA可能更历史悠久的历史和降低的实施成本，而不是NVME，但它是一种硬盘技术，已被改装到更现代的存储介质。

情景应用程序。NVMe单次支持64000个命令消息队列最多65,535个I / O队列。相比之下，SAS设备的队列深度通常支持最多256个命令，并且SATA驱动器在一个队列中支持最多32个命令。

然而，基于nvme的PCIe ssd目前比同等容量的SAS ssd更贵，尽管这种差距正在缩小。同时,高端企业NVME SSD可能会消耗更多功率SAS或SATA ssd硬盘。SCSI贸易协会声称，相对于NVMe PCIe ssd，更成熟的SAS ssd提供了更多的优势，比如更大的可伸缩性、热插拔性和时间测试故障转移功能。NVMe PCIe ssd还可以提供许多应用程序不需要的性能级别。

NVM Express的历史和演变

非易失性内存主机控制器接口(nvhci)工作组于2009年开始开发NVMe规范，并于2011年3月1日发布了1.0版本。该规范包括排队接口、NVM命令集、管理命令集和安全特性。其他值得注意的日期包括:

2012年10月11日，NVMHCI工作组(通常被称为NVM Express工作组)发布了NVMe 1.1，增加了对带有多个PCIe端口的ssd的支持，以启用多路径I/O和名称空间其他新功能包括空闲时间的自主电源状态转换，以减少能源需求和预留，这意味着两个或多个主机可以协调对共享名称空间的访问，以改进容错．
2013年5月，NVM Express工作组举行了第一次Plugfest，让公司能够测试他们的产品是否符合NVMe规范，并检查与其他NVMe产品的互操作性。
2014年3月，NVM Express工作组以NVM Express组织名称成立。该组织后来被简称为NVM Express Inc.。这个非营利组织有100多家技术成员公司。
2014年11月3日，揭示了NVME 1.2规范，具有增强功能，例如支持实时固件更新，改进电源管理和端到端的选项数据保护．
2015年11月17日，NVM Express组织批准了1.0版本的NVM Express管理接口(NVMe-MI)，以提供一个架构和命令集来管理带外的非易失性内存子系统。NVMe-MI使管理控制器能够执行SSD设备和功能发现、运行状况和温度监控以及非中断固件更新等任务。在没有NVMe-MI的情况下，IT管理人员通常依靠专有的、特定于供应商的管理接口来支持PCIe ssd的管理。
2017年6月，NVM Express发布了NVMe 1.3。重点集中在清理操作、称为Directives的新框架和虚拟化
2019年7月，推出了NVMe 1.4以及增强功能和新特性，包括重建帮助、持久事件日志、非对称名称空间访问、主机内存缓冲区和持久内存区域。
2020年，批准了NVMe分区命名空间命令集规范。该规范使NVMe能够隔离和发展用于新兴技术的命令集，包括分区名称空间、键值和计算存储。
2021年6月，NVMe 2.0发布。对规范进行了重组，以更快、更容易地开发NVMe，并支持更加多样化的NVMe环境。

NVMe形成因素和标准

NVMe开发背后的驱动力是对存储接口和协议的需求，以更好地利用NAND闪存在企业环境中的性能潜力。但是重新设想连接标准为几种不同类型的接口实现打开了大门，这些接口实现可以在新规范的范围内，同时提供多种实现选项。

简单，出现了许多符合NVME规范的闪存形式因素，包括SSDS DUBBED M.2和U.2的新形式因素。

另类投资会议。AIC形状因素使制造商能够创建自己的卡，其符合PCIe总线，而不担心存储湾设计或类似的限制。该卡通常设计用于特殊用例，并且可以包括其他处理器和其他芯片，以增强固态存储的性能。
M.2。开发了M.2外形尺寸以利用NAND闪光灯的尺寸和低排水。因此，M.2 NVME器件不旨在配合到传统的驱动架隔室，而是要在更小的空间中部署。通常描述为胶杆的尺寸，M.2 SSDS测量22毫米宽，长约80毫米，尽管一些产品可能更长或更短。
U.2。与M.2不同的是，U.2 ssd的设计是为了适应现有的存储槽，最初是为标准的SATA或SAS设备设计的。U.2 ssd看起来类似于旧的介质，因为它们通常使用2.5英寸或3.5英寸的外壳，这是hdd常见的外壳。当然，这个想法是为了尽可能简单地实现NVMe技术，尽可能少地进行再造。
EDSFF。另一个部署不太广泛的NVMe因素是企业和数据中心SSD因素。EDSFF的目标是为企业级存储系统带来更高的性能和容量。也许EDSFF闪存最著名的例子是英特尔的E1。L长和E1。S短闪光装置，这是提供在什么最初被称为“标尺”的形式因素。

NVMe /面料

NVM Express Inc.在Fabrics的NVME发布版本1.0版（NVMe-oF）2016年6月5日的规范.NVME-of旨在跨网络结构的高性能和低延迟优势，连接服务器和存储系统的网络结构。2019年发布的NVME为1.1规范，提供了改进的织物通信，更精细的谷物I / O资源管理和对NVME / TCP的端到端流量控制和支持。两种规范还提供较低的延迟，改进的管理和配置闪光和远程存储访问。