NVMe SSD 기술이란 무엇입니까?

NVMe SSD 기술이란 무엇입니까?

NVMe의 장점

NVMe 기술은 우수한 스토리지, 우수한 속도 및 우수한 호환성을 제공합니다. NVMe는 PCIe 소켓을 활용하기 떄문에, SATA와 비교해 25배 더 많은 데이터를 전송합니다. 더 많은 데이터가 전송과 함께 NVMe의 명령은 AHCI 드라이버의 명령보다 2배 이상 빠릅니다. 이외에 NVMe의 초 당 입/출력 작동(IOPS)는 100만을 초과하며, AHCI 드라이브와 비교해 최대 900% 이상 빠릅니다. NVMe는 또한 시스템 CPU와 직접 통신을 하며, 호환성으로 인해 속도는 놀라운 수준이 됩니다. 폼 팩터에 관계없이, NVMe 드라이브는 모든 주요 운영 체제에서 작동합니다.

NVME LogoNVMe(Non-Volatile Memory Express)는 PCIe가 제공하는 높은 대역폭을 활용하는 커뮤니케이션 인터페이스 및 드라이버입니다. 성능과 효율성을 높이도록 설계되었으며 한편 여러 기업 및 클라이언트 시스템의 상호 운용을 가능하게 합니다. NVMe는 SSD를 위해 설계되었으며 폼 팩터의 제약을 받지 않고 고속 PCIe 소켓을 사용하여 스토리지 인터페이스와 시스템의 CPU 사이에서 통신을 수행합니다.

NVMe 프로토콜은 고성능 프로세서 구조와 같은 기본 미디어에서 평행, 낮은-지연시간 데이터 경로를 활용합니다. 그 결과 SAS와 SATA 프로토콜과 비교했을 때 성능은 크게 높아지고, 지연시간은 감소하였습니다. NVMe는 입력 값이 64K인 각각의 대기열에 대해 최대 64K로 여러 I/O 대기열을 지원할 수 있습니다. AHCI(Advanced Host Controller Interface)와 같은 레거시 드라이버를 사용하는 구형 스토리지 모델과 비교해 더 많은 데이터를 더 빠르게 전송하는 입력/출력 작업이 가능합니다. NVMe가 특별히 SSD를 위해 설계되었다는 점에서, 실제로 새로운 산업 표준이 되었습니다.

SSD 스토리지: 과거와 현재

데이터 버스는 시스템 내에서 데이터를 전송하며 그리고 NAND-기반 SSD가 처음 출현하였을 때, 산업에서 새로운 버스와 프로토콜이 필요하다 는 사실이 분명했습니다.

  • 첫 번째 SSD는 기존 SATA 스토리지 인프라를 편리하게 사용할 수 있도록 만들어졌기 때문에 속도가 매우 느렸습니다. SATA 버스가 16Gbps로 진화하였으나, 상업적으로 SATA 버스는 거의 모두 6Gbps 로 구현되었던 것입니다.
  • PCIe 3.0의 전체 처리량은 16Gbps인 한편 PCIe 4.0의 처리량은 PCIe 3.0의 2배 에 이릅니다. 최대 16레인을 제공하고 최대 32,000MB/s로 데이터를 전송할 수 있는데 반해 SATA III는 600MB/s가 최대입니다.

기존의 높은 대역폭 버스를 활용하기로 한 결정으로 SATA 프로토콜은 PCIe 기술로 대체되었습니다.이미 몇 년 전NVMe가 PCIe 스토리지를 선보였습니다. 그러나 SATA, AHCI와 같은 구형 데이터 전송 프로토콜로 인해 이전 솔루션에서 병목이 발생하였으며, 그로 인하여 최근까지 잠재성을 모두 폭발시킬 수 없었습니다. NVMe는 병목을 해소하는 솔루션이었으며, 낮은 지연 시간 명령과 64K 대기열을 제공하여 제한을 없앴습니다. 여러 대기열에서 빠른 데이터 전송이 가능하며 이는. 하드 드라이브 와 같은 회전형 디스크에서 기록되지 않는 대신 칩과 블록을 사용한 하나의 분산 방식을 통하여 SSD에 기록되기 때문입니다.

통신 드라이버: AHCI vs NVMe

운영 체제는 통신 드라이버를 사용하여 스토리지 장치에 데이터를 전송합니다. NVMe 드라이버는 SATA 인터페이스에서 일반적으로 발견되는 AHCI 드라이버와 비교해 속도가 빠릅니다.

  • AHCI 드라이버는 회전형 디스크 기술을 사용한 일반적인 하드 드라이브를 위해 설계되었으며, 특별히 SSD를 위해 플래시 기술 을 사용하여 설계된 NVMe 는 AHCI 드라이버보다 빠릅니다.
  • NVMe 64K 명령 대기열을 갖고 있으며, 대기열 당 64K 명령을 전송할 수 있는 한편, AHCI의 대기열은 하나이며, 대기열 당 32 개의 명령만 전송할 수 있습니다.
  • AHCI 드라이버를 사용했을 때, 명령은 높은 CPU 사이클을 활용하고 그리고 지연 시간이 6 마이크로초인데 반하여, NVMe 드라이버 명령은 낮은 CPU 사이클을 활용하고 그리고 지연 시간은 2.8 마이크로초입니다.

NVMe 드라이버 는 시스템 CPU와 직접 통신을 하지만, AHCI는 반드시 SATA 컨트롤러와 통신해야 합니다. AHCI는 IOPS(Input/Output Operations Per Second)가 최대 100K인데 반하여 NVMe는 100만 이상입니다. IOPS (Input/Output Operations Per Second, pronounced i-ops)는 컴퓨터 스토리지 장치를 벤치마킹하는데 사용되는 일반적인 성능 측정입니다.

NVMe SSD 폼 팩터

NVMe SSD에 다양한 폼 팩터가 포함되지만, 사용 사례나 애플리케이션에 따라 특별해 집니다.

    • 개인/클라이언트 제품은 BGA와 M.2 폼 팩터를 사용합니다.
    • 데이터센터/서버 애플리케이션은 M.2, U.2, U.3와 EDSFF 폼 팩터를 사용합니다.

동일한 프로토콜(NVMe), 동일한 인터페이스(PCIe)를 공유하고, 자체 에지 커넥터(SFF-TA-1002), 핀 아웃과 기능(SFF-TA-1009)을 사용한 폼 팩터와 표준을 역동적인 범위로 제공하는 EDSFF(Enterprise and Data Center SSD Form Factor) 내에서 표준과 노력이 개발되고 있습니다.

Kingston NVMe SSDs

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