一直對(duì)閃存存儲(chǔ)關(guān)注的朋友對(duì)NVMe SSD一定非常熟悉，NVMe SSD是現(xiàn)如今性能最好的存儲(chǔ)盤。這種高性能盤在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域已經(jīng)得到了大規(guī)模應(yīng)用，但是在行業(yè)用戶還沒有得以大范圍普及。很多人對(duì)NVMe SSD也許還比較陌生，不知道如何應(yīng)用該類型盤，并且給自己的業(yè)務(wù)帶來價(jià)值。和SATA/SAS SSD以及HDD相比，她到底又有何神秘之處呢？在此我想對(duì)NVMe SSD做一些介紹。

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提到NVMe SSD，不得不提Fusion IO率先研制的PCIe SSD，10年前Fusion IO率先采用PCIe接口的方式研制了全球首款高性能SSD。該SSD采用服務(wù)器內(nèi)置插卡的形式，和SATA/SAS等接口相比，PCIe具有極高的數(shù)據(jù)傳輸性能，解決了基于NAND Flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的接口瓶頸問題。在采用PCIe做SSD接口的過程中，數(shù)據(jù)傳輸采用了多隊(duì)列的方式，從而可以實(shí)現(xiàn)單盤并發(fā)數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康?#xff0c;提高了數(shù)據(jù)接口效率。在操作系統(tǒng)內(nèi)部，原生支持SAS/SATA接口，原生帶有SATA/SAS盤的驅(qū)動(dòng)程序。但是，對(duì)于這種PCIe SSD，操作系統(tǒng)是沒有原生驅(qū)動(dòng)的，并且在軟件棧上面也不采用傳統(tǒng)的SCSI軟件層，因此，這類PCIe SSD需要廠商自己提供特殊的驅(qū)動(dòng)程序。PCIe SSD在歷史上有兩種產(chǎn)品類型，一種是Host Based SSD；另一種是Device Based SSD。這兩種盤從用戶角度來看，差別是Host Based SSD會(huì)占用主機(jī)端資源，SSD內(nèi)部的數(shù)據(jù)管理軟件都是運(yùn)行在主機(jī)端。這種盤的優(yōu)點(diǎn)在于盤本身的功耗比較低，盤上的硬件資源也比較少；缺點(diǎn)是占用系統(tǒng)資源，尤其是內(nèi)存資源。另一種產(chǎn)品類型是Device Based PCIe SSD。這類產(chǎn)品的思路很簡(jiǎn)單，就是要將運(yùn)行在主機(jī)端的NAND Flash存儲(chǔ)管理軟件卸載到SSD中去，這樣可以減少主機(jī)端的資源占用率。這種盤的優(yōu)點(diǎn)很明顯，缺點(diǎn)是對(duì)SSD內(nèi)部的控制器有更高要求，通常功耗比較大，并且SSD上需要更多的硬件資源，例如內(nèi)存。在PCIe SSD的市場(chǎng)上，FusionIO、國(guó)內(nèi)的寶存以及Memblaze都提供了這樣的產(chǎn)品。不管是Device Based還是Host Based PCIe SSD，都需要在主機(jī)端安裝廠商自己提供的驅(qū)動(dòng)程序，才可以使用該類型盤。這就帶來了一個(gè)很大的問題，不同廠商提供的盤相互不兼容，需要不同的驅(qū)動(dòng)軟件，因此，一個(gè)偉大的NVMe標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生了。

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NVMe標(biāo)準(zhǔn)可以簡(jiǎn)單理解用來標(biāo)準(zhǔn)化PCIe SSD，使得不同廠商符合標(biāo)準(zhǔn)的盤都可以采用相同的驅(qū)動(dòng)程序。需要注意的一點(diǎn)是，NVMe SSD是原來Device Based PCIe SSD的延伸。NVMe標(biāo)準(zhǔn)定義了SSD的訪問命令及操作方式，并且定義了邏輯設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)；和SATA體系類比，NVMe標(biāo)準(zhǔn)替代了SATA體系中的AHCI邏輯接口以及ATA/SCSI命令規(guī)范。在一開始的時(shí)候，NVMe標(biāo)準(zhǔn)只是針對(duì)PCIe這種物理傳輸接口定義標(biāo)準(zhǔn)，隨著該標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步演進(jìn)，物理接口不再局限于PCIe，將更多的Fabric引入到了NVMe體系架構(gòu)中來，例如RDMA以太網(wǎng)。該類標(biāo)準(zhǔn)為NVMe家族中的NVMe over Fabric。從這一點(diǎn)可以看出NVMe SSD是PCIe SSD的演進(jìn)，PCIe SSD采用私有協(xié)議；NVMe SSD采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。如今，市場(chǎng)上主流采用PCIe接口的SSD基本都符合NVMe標(biāo)準(zhǔn)，例如Intel、Samsung以及Memblaze的產(chǎn)品都可以直接采用操作系統(tǒng)中原生的驅(qū)動(dòng)程序。

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NVMe標(biāo)準(zhǔn)是SSD固件研發(fā)工程師、驅(qū)動(dòng)研發(fā)工程以及SSD控制器芯片設(shè)計(jì)者需要關(guān)心的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。這里還有一個(gè)問題需要解決，硬件工程師在設(shè)計(jì)SSD的時(shí)候，需要采用什么樣的物理接口標(biāo)準(zhǔn)呢？如果直接采用傳統(tǒng)插入服務(wù)器內(nèi)部的PCIe接口，可以直接參考PCIe接口規(guī)范，除此之外是否有更好的選擇呢？在物理接口這塊目前有M.2和U.2兩種接口標(biāo)準(zhǔn)。M.2主要面向消費(fèi)級(jí)應(yīng)用；U.2主要面向企業(yè)級(jí)應(yīng)用。M.2接口是一種比較小的PCIe接口，在物理上兼容SATA；U.2是一種和傳統(tǒng)SATA/SAS外觀上保持一致的接口，兼容SATA/SAS和PCIe。有了這種物理接口標(biāo)準(zhǔn)之后，硬件工程師也有章可循了。從整個(gè)數(shù)據(jù)鏈路來看，從驅(qū)動(dòng)程序、硬件接口、控制器邏輯接口到固件程序的命令處理方式都可以采用標(biāo)準(zhǔn)化的處理方式了。至此，我們理解了NVMe可以看成是SCSI命令和AHCI一樣的東西；U.2/M.2是一種硬件接口的標(biāo)準(zhǔn)，將SATA/SAS/PCIe進(jìn)行了統(tǒng)一；簡(jiǎn)單來講，NVMe SSD就是一種標(biāo)準(zhǔn)化的PCIe接口SSD。

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NVMe SSD到底有什么優(yōu)勢(shì)呢？其最大的優(yōu)勢(shì)就在于性能。NVMe SSD的讀性能基本在3GB/s、寫性能可以達(dá)到2GB/s。當(dāng)然不同容量的SSD會(huì)存在性能上的差異。和普通磁盤相比，NVMe SSD有很高性能方面的提升。我們知道一塊15000轉(zhuǎn)的SAS HDD，其讀寫性能基本在150MB/s~200MB/s之間，NVMe SSD性能提升了幾十倍。除了帶寬方面性能有所提升之外，NVMe SSD最大的好處是IOPS的提升。一個(gè)硬盤的IOPS基本在200左右，而對(duì)于一個(gè)普通的NVMe SSD，其IOPS可以達(dá)到700,000以上，也就是提升了3500倍。這是磁盤和半導(dǎo)體介質(zhì)之間的本質(zhì)差別。也正因?yàn)檫@種性能上的巨大飛躍，很多互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用才會(huì)對(duì)NVMe SSD有如此巨大的需求。NVMe SSD可以解決互聯(lián)網(wǎng)事務(wù)型應(yīng)用方面的IO吞吐痛點(diǎn)問題。

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除了在性能上NVMe SSD有如此巨大的優(yōu)勢(shì)，另外一個(gè)值得一提的是存儲(chǔ)容量。目前HDD普遍使用的單盤容量是4TB，最大可以做到10TB。2.5寸NVMe SSD目前的單盤容量可以普遍做到3.2TB，單卡可以做到6.4TB。今年NVMe SSD可以做到10TB以上，并且每年的容量都會(huì)爆發(fā)式增長(zhǎng)，這主要得益于3D NAND Flash的廣泛應(yīng)用。可以預(yù)計(jì)，若干年之后，NVMe SSD的單盤容量可以達(dá)到幾十TB以上，甚至短短幾年內(nèi)可以超過100TB。這種容量上的增速是HDD所無法超越的，因此，NVMe SSD的容量密度將會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于HDD。

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NVMe SSD已經(jīng)在服務(wù)器端得到了廣泛支持，很多服務(wù)器廠商已經(jīng)開始標(biāo)配NVMe SSD的槽位。一個(gè)1U的服務(wù)器可以支持10塊NVMe SSD；一個(gè)2U的服務(wù)器目前可以最多支持48盤位的SSD；通過PCIe擴(kuò)展的方式，一臺(tái)服務(wù)器還可以擴(kuò)展連接NVMe 的JBOF。所以，NVMe的硬件生態(tài)也在慢慢成熟。NVMe從標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，SSD盤的發(fā)展，服務(wù)器的支持，操作系統(tǒng)的支持，慢慢的存儲(chǔ)軟件也開始對(duì)NVMe進(jìn)行全方位支持。一個(gè)和SATA/SAS相互并存的NVMe高性能存儲(chǔ)展現(xiàn)在了大家面前，未來一定會(huì)成為存儲(chǔ)技術(shù)的主流。

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(存儲(chǔ)之道/吳忠杰)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的NVMe SSD是什么?的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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