解读SSD主流标准NVMe 四大优势让你更快

如今，闪存和SSD存储解决方案正在改变着数据中心，其在虚拟化日益普及和企业级应用对性能越来越高的要求，数据中心的基础设施将会面临严峻挑战。

从最初的磁带到软盘再到光盘到现在的移动硬盘、固态硬盘。存储介质发生了翻天覆地的变化。盘点当前各大媒体的头条中，闪存、SSD占据了半壁江山。可以看出，闪存的发展非常迅猛，闪存的日益普及也是提高存储效率的主要动力之一。而闪存的使用，则又“点燃”企业对内存密集型应用、渴求I/O的应用、需要微秒级响应时尚的繁重交易应用的需求。然而，尽管闪存自身拥有诸多优势，但其优势要想得到充分发挥，还需要相应的网络性能来“辅助”。

NVMe提供了PCI Express（PCIe）SSD访问的一个标准方式，能够通过降低延迟和精简指令集来显著提高性能。

NVMe是什么？

说起AHCI的话大家应该都知道，现在所用的SATA接口与AHCI标准其实是为高延时的机械硬盘而设计的，目前主流SSD依然继续使用它们，随着SSD的性能逐渐增强，这些标准已经成为限制SSD的一大瓶颈，专为机械硬盘而设计的AHCI标准并不太适合低延时的SSD。

这时候，NVMe就出现了。它其实与AHCI一样都是逻辑设备接口标准。NVMe全称Non-Volatile Memory Express，非易失性存储器标准，NVM是指非易失性存储，后面的Express简写为e，也可以参考PCIe的e。

NVMe的设计之初就有充分利用到PCI-E SSD的低延时以及并行性，还有当代处理器、平台与应用的并行性。SSD的并行性可以充分被主机的硬件与软件充分利用，相比与现在的AHCI标准，NVMe标准可以带来多方面的性能提升。

据悉，NVMe规范是90多家公司在内的工作小组所定制，包括业界知名的Intel、美光、戴尔、三星、NetAPP、EMC等公司，目的就是为SSD建立新的存储规范标准，让它在老旧的SATA与AHCI中解放出来。2011年，NVMe标准正式出炉，该标准是根据闪存存储的特点量身定制的，新的标准解除了旧标准施放在SSD上的各种限制。2012年标准升级到NVMe 1.1，最新的NVMe 1.2标准是在2014所推出的。

那么，NVMe标准相比AHCI标准，有哪些优点呢？我们总结为以下四点：

NVMe优点之一：延时更低

NVMe的一大优势就是低延迟。这主要是因为流线型的存储堆栈，NVMe无需读取寄存器就可以发出命令。AHCI的每个命令都需要读取4个不可缓存寄存器，从而导致大约2.5μs的额外延迟。低延时和良好的并行性的优势就是可以让SSD的随机性能得到大幅度提升，在任何队列深度下都能发挥出极佳的速度。

NVMe优点之二：IOPS大增

NVMe大大的提升了SSD的IOPS性能，在制定AHCI规范时并行性的想法并没有完全融合到规范内，利用NCQ功能可以对传输能力进行优化，但是接口并不允许SSD真正最大限度地发挥其应有的并行性。

NVMe还支持同一时间从多核处理器接受命令和优先处理请求，这个特性在企业级的重负载时优势就会显露出来。

NVMe优点之三：功耗更低

NVMe加入了自动功耗状态切换和动态能耗管理功能，设备从能耗状态0闲置50ms后可以迅速切换到能耗状态1，在500ms闲置后又会进入能耗更低的状态2。虽然切换能耗状态会产生短暂延迟，但闲置时这两种状态下的功耗可以控制在非常低的水平，因此在能耗管理上，相比起主流的SATA接口SSD拥有较大优势，这一点对增加笔记本电脑等移动设备的续航尤其有帮助。

NVMe优点之四：功耗更低

驱动程序的兼容性也是所有PCI-E SSD的一个共有问题，此前的PCIe SSD，均需要安装驱动程序后才能正常使用，而不同的厂商又各自为政，每个厂商产品都有自己的驱动，SSD也不能作为引导使用。但支持NVMe标准之后，PCIe SSD就可适用于多个不同平台，也不需要厂商独立提供驱动支持。目前Windows、Linux、Solaris、Unix、VMware、UEFI等都加入了对NVMe SSD的支持。

总结：目前，随着SSD性能需求的增长，SATA 6Gpbs和AHCI将逐渐成为存储设备的发展瓶颈，而NVMe的出现，大大提升了SSD的速度和性能。目前业界三星、美光均推出了NVMe标准的相关产品以占据市场，相信在未来，以NVMe为标准的存储产品将会占据市场的半壁江山。