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解读SSD主流标准NVMe 四大优势让你更快

作者:zdnet出处:博客2016-04-30 07:41

  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。

解读SSD主流标准NVMe 四大优势让你更快

  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。

解读SSD主流标准NVMe 四大优势让你更快

  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。

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关键词:存储硬件

责任编辑:郑亮

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