这是固态硬盘的未来发展方向 NVMe技术进化的意义

发表时间：2019-12-26 18:12:26 作者： 来源： 浏览：次

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　　开篇前提一个问题：NVMe是通过怎样的契机一步一步改变我们的存储环境的？　　如果你不了解背景，那么这个问题真的很难解答，同样这篇文章也不容易被理解，所以开篇之前，还是有必要介绍下背景。　　光纤通道技术被应用之际存储网络就已经开始被广泛运用了，两者几乎是并行发展的，但只短短几年时间就已经有很多人不需要专用光纤通道，原因是SCSI协议提供了一种可靠的基于以太网的替代方案。它和光纤一样都依赖于使用SCSI作为启动器和存储之间通信的存储协议。但随着存储行业开始采用闪存作为持久存储介质， SCSI遇到的性能问题逐渐暴露出来。　　其导致了NVMe或非易失性存储器快速发展，也正因这一契机，NVMe新协议由此诞生并成立了NVM Express公司对其进行监管。而采用NVMe协议的产品中最具代表性的就是三星NVMe SSD 970EVO Plus，三星也理所当然的成为这家公司的董事会领导之一。　　但发展一个重要协议可不是靠简单的替换迭代就能完成的，NVMe协议最重要的优势是不让应用无意义空转，减少了协议本身的时间损耗。　　我们先来看几组对比　　这是通过程序、系统、驱动和硬件等层面检测出来的时间消耗和占比。很明显HDD的延迟非常大，达到了14ms。我们从图中可以看出，NVMe和AHCI对比，协议栈及之下所占用的时间比重明显减小，应用程序层面等待的时间占比则很高，这是硬盘被协议和通道限制所导致的，应用没有被运行，滞留的应用在空转。　　在实际运用的表现下一个和四个SATA SSD是有区别的，但还是不如一个NVMe M.2硬盘。a和b分别是一个和四个SATA SSD，虽然有差别但绿色协议栈消耗还是相当明显，c是NVMe。我们可以看出NVMe相对SATA协议，在软件和硬件上做了巨大优化，大大减小了协议栈的无谓消耗,提高了响应速度。　　前段时间Windows停用了之前的一些较早版本的更新和维护，与此同时强化Windows 10，目的是为了让我们的电脑都使用Windows 10系统，比起老系统而言新系统对于NVMe是有性能加持效果的。　　这就必须提到Host Memory Buffer (主机缓存技术），原先固态中DRAM是用来放置主机读写SSD时候所送逻辑地址与闪存实体块地址映射表的，而Host Memory Buffer技术让SSD可以直接把映像表放在主机端的DRAM上，透过PCIe接口来存取主机上的内存直接读取固态硬盘映射表，足够快的NVMe完全可以转接PCI-e来使用Host Memory Buffer提升速度。　　如此NVMe则可以上升到企业级　　或许会有人问：SATA呢？　　作为SAS发展后的一个串行接口，进入主机控制器（AHCI）后也就演变成为了SATA。之所以SATA不如NVMe速度快，原因之一是大多数SATA驱动器仍然基于SATA 3.0规范，被限制为6 Gbps和600 MBps的吞吐量，想要在速度上有提升根本不可能，并且AHCI有一个深度只有32个命令的单一队列也是限制SATA速度的重要原因。　　单队列带来的负面影响就是延迟。随着队列大小的增加，新请求延迟遇到的延时更大，因为他们必须等待其他请求完成。因为没有机械移动部件，固态硬盘驱动器的问题相对较少，单个I/O延迟较低，单个队列就成为固态介质的瓶颈。　　相比NVMe协议通道最多64000个队列，每个队列有64000个条目来说，SATA接口的硬盘或许只能停留在消费级家用办公的层面上，然而，企业处理的数据通常比普通消费者多得多，对他们来说，SATA连接带来的延迟和限速将会成为一个大问题。　　所以要保证速度，选择NVMe协议的固态硬盘是最稳妥的选择。在这里要推荐的最具代表性的产品就是三星NVMe SSD 970 EVO Plus，顺序读写速度最高可达3500MB/3300MB/s 基本已经和PCI-e理论读写相媲美，尤其是对3D建模或4K视频师等需要储备大容量数据的职业来说，速度和稳定才是最关键的，它决定的不止是效率，也决定了在输出前最后一步的相关文件是否能安全留存。　　目前三星NVMe SSD 970 EVO Plus正在促销中，点击了解详情

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