當前是固態驅動器 (SSD)的時代，因為消費類機械硬碟驅動器 (HDD)已經過時。SSD的顯著優勢之一是即使在沒有電源執行的情況下，它也可以將資料儲存在快閃記憶體晶片中。SSD在啟動裝置、啟動應用程式和傳輸資料方面提供快速效能。
自2000年代初以來，序列高階技術附件 (SATA)驅動程式已通過高階主機控制器介面 (AHCI)等主機控制器將儲存系統與計算機連線起來。SATA已用於膝上型電腦、臺式計算機和伺服器等眾多裝置中。但是，SATA存在一些瓶頸，在處理大資料專案時被認為速度太慢。
使用非易失性記憶體快速 (NVMe)是解決方案之一 – 它是一種儲存介面和傳輸協議，使用外圍元件互連快速 (PCIe)匯流排具有最高吞吐量和最快響應時間。為了實現NVMe，SSD必須使用NVMe控制器晶片。
本文將探討NVMe的工作原理及其功能。我們還將比較NVMe和SATA SSD並檢查NVMe的四種外形尺寸和標準。
什麼是NVMe？
Non-Volatile Memory Express (NVMe) 是基於PCIe的SSD的儲存介面和傳輸協議。NVMe允許高效的資料儲存並提高資料傳輸率。
NVMe如何工作？
最初，SATA介面用於HDD儲存系統。當SSD開始變得越來越流行時，它簡化了計算環境中從HDD切換到SSD的過程。
但是，SATA有許多缺點，例如速度有限和頻寬低會阻礙大資料傳輸。更重要的是，每個SATA驅動器在主機板上都需要自己的埠，因此可以連線到裝置的儲存系統的數量是有限的。
NVMe於2011年推出，旨在解決SATA的限制。NVMe充當儲存介面和協議，與PCIe匯流排一起工作以快速讀取和寫入大量資料。
NVMe允許SSD通過PCIe匯流排直接連線到CPU以通過高速通道傳輸資料。單個第四代PCIe通道可以傳輸高達2,000 MB/s的資料，NVMe SSD最多使用其中四個。相比之下，SATA只有一個lane，最高可以傳輸600MB/s。
NVMe SSD與SATA SSD
SATA介面使用AHCI驅動程式，而NVMe專為使用快閃記憶體儲存技術的SSD而設計。換句話說，它不僅速度更快，而且提供了優化的效能。這是因為SATA在連線到系統CPU之前與SATA控制器通訊，而NVMe標準將SSD直接連線到CPU，無需任何控制器。
SATA SSD AHCI驅動程式只有一個可用佇列，每個佇列有32個命令。同時，NVMe允許多達65,535個佇列，每個佇列的最大深度為65,536個命令。
使用NVMe技術，由於I/O處理門鈴訊號的高效能，CPU可以更有效地管理佇列，從而降低CPU開銷。低CPU開銷會導致CPU週期減少。相比之下，SATA SSD在I/O處理中產生較高的CPU週期。
與SATA SSD相比，NVMe技術縮短和優化了資料路徑，從而降低了延遲。它產生大約2.8微秒的延遲，而SATA SSD有大約6微秒的延遲——比NVMe SSD長了近3微秒。
NVMe SSD最適合企業工作負載處理和人工智慧、機器學習專案、實時分析、大資料傳輸和DevOps。它們通常用於資料中心、高階膝上型電腦和預製臺式電腦。
同時，SATA SSD最適合小資料分析和各種輕量級儲存應用程式。它們主要用於預算膝上型電腦和伺服器。
在價格方面，與SATA SSD相比，NVMe SSD更貴。目前1TB SATA SSD資料儲存的價格在100–130美元左右。NVMe SSD的價格更高——1TB的儲存成本在129美元到200美元之間。
這是AHCI與NVMe之間的比較表：
NVMe的外形尺寸和標準
NVMe技術在其功能和規格方面仍在不斷改進。自從首次引入NVMe介面以來，市場上有四種NVMe外形規格——U.2、M2、附加卡 (AIC)和企業和資料中心外形規格 (EDSFF)。
NVMe外形尺寸與基於PCIe的SSD相容，因為它們現在被視為行業標準。
以下是每種NVMe外形尺寸的說明：
- U.2 – 這些SSD可以安裝SATA SSD的現有主機板插槽，但也可以使用多達四個PCIe通道。U.2 SSD有2.5英寸和3.5英寸兩種尺寸。U.2磁碟有多種儲存容量可供選擇。
- M.2——這種外形尺寸的SSD比U.2小得多。它們是具有低熱量排放的緊湊型NVMe驅動器。要使用M.2 SSD，請確保您的主機板有合適的插槽。
- AIC – 附加卡SSD很容易通過PCIe匯流排連線。這使得它們易於部署用於資料中心等商業目的。一些AIC SSD包括處理器和附加晶片以提高其效能。
- ESDFF – 這些驅動器最大限度地提高了每個驅動器的容量。它們可擴充套件到30TB。它們主要用於企業和資料中心儲存系統。ESDFF外形尺寸強調熱效率以調節系統溫度。
小結
NVMe是一項突破性技術，以卓越的效能超越了其前身SATA。它提供更快的傳輸速度和更低的延遲，以及其他好處。它利用PCIe資料通道，以便儲存裝置可以直接與CPU通訊。
要充分利用NVMe SSD的全部潛力，請將它們用於實時應用程式部署、資料分析、人工智慧和機器學習。
我們已經談到了以下四種NVMe外形尺寸：
- U.2 – 這些驅動器可以使用SATA連線和最多四個PCIe通道。
- M.2 – 在低溫下執行的緊湊型驅動器，可最大限度地提高效能。
- AIC – 一種以擴充套件卡形式出現的NVMe外形尺寸。
- ESDFF——企業資料儲存解決方案的優秀解決方案。
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