如今，閃存和SSD存儲解決方案正在改變著數(shù)據(jù)中心，其在虛擬化日益普及和企業(yè)級應(yīng)用對性能越來越高的要求，數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施將會面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
從最初的磁帶到軟盤再到光盤到現(xiàn)在的移動硬盤、固態(tài)硬盤。存儲介質(zhì)發(fā)生了翻天覆地的變化。盤點(diǎn)當(dāng)前各大媒體的頭條中，閃存、SSD占據(jù)了半壁江山。 可以看出，閃存的發(fā)展非常迅猛，閃存的日益普及也是提高存儲效率的主要?jiǎng)恿χ?。而閃存的使用，則又“點(diǎn)燃”企業(yè)對內(nèi)存密集型應(yīng)用、渴求I/O的應(yīng)用、需 要微秒級響應(yīng)時(shí)尚的繁重交易應(yīng)用的需求。然而，盡管閃存自身擁有諸多優(yōu)勢，但其優(yōu)勢要想得到充分發(fā)揮，還需要相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)性能來“輔助”。
NVMe提供了PCI Express(PCIe)SSD訪問的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)方式，能夠通過降低延遲和精簡指令集來顯著提高性能。
NVMe是什么？
說起AHCI的話大家應(yīng)該都知道，現(xiàn)在所用的SATA接口與AHCI標(biāo)準(zhǔn)其實(shí)是為高延時(shí)的機(jī)械硬盤而設(shè)計(jì)的，目前主流SSD依然繼續(xù)使用它們，隨著SSD的性能逐漸增強(qiáng)，這些標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為限制SSD的一大瓶頸，專為機(jī)械硬盤而設(shè)計(jì)的AHCI標(biāo)準(zhǔn)并不太適合低延時(shí)的SSD。
這時(shí)候，NVMe就出現(xiàn)了。它其實(shí)與AHCI一樣都是邏輯設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)。NVMe全稱Non-Volatile Memory Express，非易失性存儲器標(biāo)準(zhǔn)，NVM是指非易失性存儲，后面的Express簡寫為e，也可以參考PCIe的e。
NVMe的設(shè)計(jì)之初就有充分利用到PCI-E SSD的低延時(shí)以及并行性，還有當(dāng)代處理器、平臺與應(yīng)用的并行性。SSD的并行性可以充分被主機(jī)的硬件與軟件充分利用，相比與現(xiàn)在的AHCI標(biāo)準(zhǔn)，NVMe標(biāo)準(zhǔn)可以帶來多方面的性能提升。
據(jù)悉，NVMe規(guī)范是90多家公司在內(nèi)的工作小組所定制，包括業(yè)界知名的Intel、美光、戴爾、三星、NetAPP、EMC等公司，目的就是為SSD建 立新的存儲規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，讓它在老舊的SATA與AHCI中解放出來。2011年，NVMe標(biāo)準(zhǔn)正式出爐，該標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)閃存存儲的特點(diǎn)量身定制的，新的標(biāo)準(zhǔn)解 除了舊標(biāo)準(zhǔn)施放在SSD上的各種限制。2012年標(biāo)準(zhǔn)升級到NVMe 1.1，最新的NVMe 1.2標(biāo)準(zhǔn)是在2014所推出的。
那么，NVMe標(biāo)準(zhǔn)相比AHCI標(biāo)準(zhǔn)，有哪些優(yōu)點(diǎn)呢?我們總結(jié)為以下四點(diǎn)：
NVMe優(yōu)點(diǎn)之一：延時(shí)更低
NVMe的一大優(yōu)勢就是低延遲。這主要是因?yàn)榱骶€型的存儲堆棧，NVMe無需讀取寄存器就可以發(fā)出命令。AHCI的每個(gè)命令都需要讀取4個(gè)不可緩存 寄存器，從而導(dǎo)致大約2.5μs的額外延遲。低延時(shí)和良好的并行性的優(yōu)勢就是可以讓SSD的隨機(jī)性能得到大幅度提升，在任何隊(duì)列深度下都能發(fā)揮出極佳的速 度。
NVMe優(yōu)點(diǎn)之二：IOPS大增
NVMe大大的提升了SSD的IOPS性能，在制定AHCI規(guī)范時(shí)并行性的想法并沒有完全融合到規(guī)范內(nèi)，利用NCQ功能可以對傳輸能力進(jìn)行優(yōu)化，但是接口并不允許SSD真正最大限度地發(fā)揮其應(yīng)有的并行性。
NVMe還支持同一時(shí)間從多核處理器接受命令和優(yōu)先處理請求，這個(gè)特性在企業(yè)級的重負(fù)載時(shí)優(yōu)勢就會顯露出來。
NVMe優(yōu)點(diǎn)之三：功耗更低
NVMe加入了自動功耗狀態(tài)切換和動態(tài)能耗管理功能，設(shè)備從能耗狀態(tài)0閑置50ms后可以迅速切換到能耗狀態(tài)1，在500ms閑置后又會進(jìn)入能耗更 低的狀態(tài)2。雖然切換能耗狀態(tài)會產(chǎn)生短暫延遲，但閑置時(shí)這兩種狀態(tài)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擁 有較大優(yōu)勢，這一點(diǎn)對增加筆記本電腦等移動設(shè)備的續(xù)航尤其有幫助。
NVMe優(yōu)點(diǎn)之四：功耗更低
驅(qū)動程序的兼容性也是所有PCI-E SSD的一個(gè)共有問題，此前的PCIe SSD，均需要安裝驅(qū)動程序后才能正常使用，而不同的廠商又各自為政，每個(gè)廠商產(chǎn)品都有自己的驅(qū)動，SSD也不能作為引導(dǎo)使用。但支持NVMe標(biāo)準(zhǔn)之 后，PCIe SSD就可適用于多個(gè)不同平臺，也不需要廠商獨(dú)立提供驅(qū)動支持。目前Windows、Linux、Solaris、Unix、VMware、UEFI等都 加入了對NVMe SSD的支持。
總結(jié)：
目前，隨著SSD性能需求的增長，SATA 6Gpbs和AHCI將逐漸成為存儲設(shè)備的發(fā)展瓶頸，而NVMe的出現(xiàn)，大大提升了SSD的速度和性能。目前業(yè)界三星、美光均推出了NVMe標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)產(chǎn) 品以占據(jù)市場，相信在未來，以NVMe為標(biāo)準(zhǔn)的存儲產(chǎn)品將會占據(jù)市場的半壁江山。
