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了解 SSD 技术：NVMe、SATA、M.2

NVMe 的优势

NVMe 技术带来出众的存储空间、速度和兼容性。由于 NVMe 利用 PCIe 插槽，它传输的数据量是同等 SATA 产品的 25 倍。除了更多数据，NVMe 命令的速度是 AHCI 驱动程序命令的 2 倍。此外，NVMe 的每秒输入/输出操作 (IOPS) 超过 100 万，是 AHCI 硬盘的 900%。得益于自身的兼容性，NVMe 还直接与系统 CPU 通信，具有惊人的速度。NVMe 硬盘兼容所有主要的操作系统，无论外形尺寸如何。

NVME LogoNVMe (Non-Volatile Memory Express) 是一种通信接口和驱动程序，可充分利用 PCIe 提供的更高带宽。它旨在提高性能和效率，同时让广泛的企业级系统和客户端系统实现互操作。NVMe 专为 SSD 设计，利用高速 PCIe 插槽在存储接口和系统 CPU 之间进行通信，不存在外形尺寸限制。

NVMe 协议利用类似高性能处理器架构的并行、低延迟基础介质数据通道。相比 SAS 和 SATA 协议，这大幅提升了性能并降低了延迟。NVMe可以支持多个 I/O 队列，最多可达 64000 个，而每个队列包含 64000 个条目。相比采 AHCI（高级主控接口）等传统驱动程序的旧存储模型，NVMe 让输入/输出任务可以更快地传输更多数据。由于 NVMe专为 SSD 设计，它最终将成为新的行业标准。

SSD 存储：SATA 与 PCIe

数据总线在系统内传输数据，当基于 NAND 的 SSD 一经面世，行业就意识到推出新的总线和协议势在必行。

  • 第一代 SSD 速度相对较慢，因而便于利用现有的 SATA 存储基础架构。尽管 SATA 总线已发展到 16Gbps，但几乎所有 SATA 总线的商业实现仍维持在 6Gbps。
  • PCIe 3.0 的总吞吐率为 16Gbps，而 PCIe 4.0 的吞吐率是 PCIe 3.0 的两倍。它提供多达 16 个通道，数据传输速度高达 32,000MB/秒，而 SATA III 最高传输速度仅为 600MB/秒。

利用现有更高带宽总线技术的决定将 SATA 协议替换为 PCIe 技术。PCIe 存储的出现比 NVMe 早几年，但以往的解决方案受到 SATA 和 AHCI 等较旧数据传输协议的瓶颈限制，导致 PCIe 存储无法发挥全部潜力，直到最近几年这种局面才有所改变。NVMe 正是这种瓶颈的解决方案，提供低延迟命令和 64000 个队列，消除了各种限制因素。多队列设计可以提高数据传输速度，因为数据是利用芯片和块以分散形式写入 SSD 的，而不是像机械硬盘一样在旋转的磁盘上写入数据。

通信驱动器程序：AHCI 与NVMe

通信驱动程序被操作系统用来与存储设备交换数据。NVMe 驱动程序比常见于 SATA 接口的 AHCI 驱动程序速度快。

  • NVMe专为采用闪存技术的 SSD 设计，速度远超专为采用旋转磁盘技术的普通机械硬盘设计的 AHCI 驱动程序。
  • NVMe 拥有 64000 个命令队列，可以每个队列发送 64000 条命令，而 AHCI 只有一个命令队列，每个队列只能发送 32 条命令。
  • 利用 AHCI 驱动程序，命令利用高 CPU 周期，延迟为 6 微秒，而 NVMe 驱动程序命令利用低 CPU 周期，延迟为 2.8 微秒。

NVMe驱动程序直接与系统 CPU 通信，而 AHCI 必须与 SATA 控制器通信。AHCI 的 IOPS（每秒输入/输出操作）最高 10 万，而 NVMe 的 IOPS 超过 100 万。IOPS（每秒输入/输出操作，发音是 i-ops）是用来对计算机存储设备进行基准测试的常见性能衡量指标。

NVMe SSD 外形尺寸

NVMe SSD 存在多种不同的外形尺寸，但具体取决于用例或应用。

  • 个人/客户端产品使用 BGA 和 M.2 外形尺寸。
  • 数据中心/服务器应用使用 M.2、U.2、U.3 和 EDSFF 外形尺寸。

下载信息图

目前业界正在针对 EDSFF（企业和数据中心 SSD 外形尺寸）制定标准和推动相关工作，EDSFF 提供一个动态范围的外形尺寸和标准，共用相同的协议 (NVMe)、相同的接口 (PCIe)，并使用它们自己的边缘连接器 (SFF-TA-1002)、引脚分配和功能 (SFF-TA-1009)。

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