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 <p class="f_center"> <img src="https://nimg.ws.126.net/?url=http%3A%2F%2Fdingyue.ws.126.net%2F2022%2F0720%2F10c06f04j00rfbeso0017d200fe0049g00fd0048.jpg&thumbnail=660x&quality=80&type=jpg"/><br/></p><p id="11NFPAOT">现在M.2接口、NVMe协议的SSD可以说是目前大家购买的主流了。每当有选购相关的话题，大家关心的都是颗粒、主控及相关的连续读写、随机读写性能。其实影响固态硬盘整体性能发挥的技术因素还有不少，比如我们今天要讲到的NVMe版本。</p><p id="11NFPAOV"><strong>什么是NVMe？</strong></p><p id="11NFPAP0">NVMe大家说得很多，有些说是接口，有些说是协议。其实NVMe（Non-Volatile Memory Express）是一种用于访问存储在基于PCIe的固态硬盘上的数据的规范，直译过来就是“非易失性内存主机控制器接口规范”，说是协议，姑且也算对，说是接口，那么就不太准确了，至少应该说是NVMe规范/协议接口。</p><p id="11NFPAP2">在NVMe之前，SSD通过SATA或SAS接口连接到计算机，并使用高级主机控制器接口（AHCI）进行通信。这些技术是为传统的机械硬盘设计的，它在数据的随机访问和数据的一次性传输速度方面有实际的物理限制。到2010年末，主流消费者的固态硬盘被SATA所赋予的相对有限的吞吐量所制约。在专业和消费者市场上，这种限制是通过创造通过PCI Express连接的固态硬盘（通过接口卡或者直插PCIe X1接口）来克服的。</p><p class="f_center"><img src="https://nimg.ws.126.net/?url=http%3A%2F%2Fdingyue.ws.126.net%2F2022%2F0720%2Fff5f39b1j00rfbesp0055d200fe005jg00fd005i.jpg&thumbnail=660x&quality=80&type=jpg"/><br/></p><p id="11NFPAP5">早期的PCIe接口的固态硬盘不仅速度提升不高，而且做启动盘操作繁琐</p><p id="11NFPAP7">这种策略只允许制造商克服SATA固有的6Gb/s（750MB/s）的速度限制，在考虑到总线其他资源开销的情况下，固态硬盘的最高速度为550MB/s左右。然而，这些硬盘要么使用AHCI而保留了几乎所有的随机I/O性能瓶颈，要么使用定制的接口规范，厂商之间的操作差异很大。由于这些驱动器的定制设计，使用时需要设备特定的软件驱动程序；因此，早期的PCI Express固态硬盘如当时的Intel 910等，在Windows上作为启动驱动器使用时比较复杂，或者在供应商不支持的情况下与Linux一起使用。</p><p id="11NFPAP9">NVM Express消除了这些问题，它提供了一个通用数据交互接口供硬盘使用，从一开始就是为了利用闪存颗粒的独特属性，特别是为了优化性能和减少延迟。其结果是存储性能的显著提高，使NVMe成为需要最高水平的吞吐量和效率的SSD的理想选择。</p><p id="11NFPAPB"><strong>为什么NVMe很重要？</strong></p><p id="11NFPAPC">NVMe使硬盘制造商能够创建更高性能的硬盘，而不受SATA/SAS和AHCI的吞吐量瓶颈的限制，这些都是为传统机械硬盘设计的。在机械硬盘上处理多个文件时，硬盘磁头必须在硬盘的各个部分高速移动，以便向磁盘读写数据。虽然缓存和其他固件技术掩盖了这一点，但机械硬盘实际上一次只能处理一个文件。</p><p id="11NFPAPE">因此，为机械硬盘设计的AHCI只有一个命令队列，每个队列最多只能有32条命令。由于这种机械限制不存在于固态硬盘（SSD没有磁头），AHCI的这一属性是非常不利的。NVMe通过允许多达65535个命令队列来解决这个问题，每个队列最多可以有65536个命令。(这是由规范提供的，尽管实际利用这一点需要主控的支持）。</p><p class="f_center"><img src="https://nimg.ws.126.net/?url=http%3A%2F%2Fdingyue.ws.126.net%2F2022%2F0720%2Feea0e6a9j00rfbesq0047d200fe00jpg00fd00jn.jpg&thumbnail=660x&quality=80&type=jpg"/><br/></p><p id="11NFPAPH">NVMe提供了真正多任务、大队列的命令控制和数据吞吐能力</p><p id="11NFPAPJ">同样，NVMe提供2048个MSI-X中断，而AHCI提供一个没有转向的中断。NVMe的系统开销也同样减少了，因为4K命令参数在一次获取中执行，而AHCI需要两次主机RAM的获取。此外，NVMe不需要为并行指令锁定。</p><p id="11NFPAPL">从整体上看，NVMe具有闪存优先的理念，不限制驱动器使用闪存的固态属性，这反过来又导致了更高的性能。</p><p id="11NFPAPN"><strong>NvME 1.3 vs NvME 1.4，改变了什么？</strong></p><p id="11NFPAPO">NVMe规范的最新版本是1.4版，于2021年3月发布。该规范的1.3版本是在2017年4月发布的。NVMe 1.4中的一些重大变化包括。</p><p id="11NFPAPQ">支持主机内存缓冲区访问命令集，它允许主机直接访问NVMe设备的内存缓冲区，减少延迟和CPU开销。</p><p id="11NFPAPR">新的端到端数据保护命令集，允许主机指定写入NVMe设备的数据应在整个数据路径中免受错误影响。</p><p id="11NFPAPS">被动状态电源管理的增强，包括一个新的主机控制热管理功能，允许主机控制NVMe设备的温度阈值和冷却策略。</p><p id="11NFPAPT">支持Package Symphony Flow Control，它允许在菊花链配置中连接多个NVMe设备，并在它们之间进行流量控制。</p><p id="11NFPAPU">一个新的写错误恢复通知基元，允许主机在写操作中发生错误时得到通知。</p><p id="11NFPAPV">NVMe 1.4还包括其他一些小的变化和改进。</p><p id="11NFPAQ1">简单来说，相比NVMe1.3，NVMe 1.4 有三项重大改良，包括：NVM Sets、PLM (Predictable Latency Mode) 及 RRL(Read Recovery Level)。NVM Sets 改良分工机制，举例1个4TB SSD(内部4通道传输)，但 NVMe 1.3只看成单一4TB空间，只将数据随意写入4TB任何区域，导致各信道互相挤塞。</p><p id="11NFPAQ3">但凭NVMe 1.4 的NVM Sets新指令，4TB 将划分为4 个1TB空间，每条通道只独立存取1个1TB空间。NVM Sets有效缩短延迟时间，兼减少刷写损耗。</p><p class="f_center"><img src="https://nimg.ws.126.net/?url=http%3A%2F%2Fdingyue.ws.126.net%2F2022%2F0720%2Fc61a85e3j00rfbesq0064d200fe006xg00fd006w.jpg&thumbnail=660x&quality=80&type=jpg"/><br/></p><p id="11NFPAQ5">NVM Sets读写更有序，有效缩短延迟，提高颗粒寿命</p><p id="11NFPAQ7">而另一个大改动，莫过于NVMe1.4真正支持PCIe4.0了，这使得SSD的读写性能得到了进一步的提升。</p><p class="f_center"><img src="https://nimg.ws.126.net/?url=http%3A%2F%2Fdingyue.ws.126.net%2F2022%2F0720%2Fe65ead3fj00rfbesr002gd200fe008ng00fd008m.jpg&thumbnail=660x&quality=80&type=jpg"/><br/></p><p id="11NFPAQ9">聪明的主控厂商早就在宣传NVMe1.4标准作为卖点了</p><p id="11NFPAQA"><strong>因此，目前市面上的NVMe硬盘主流虽然是1.3和1.4版本，也有了2.0版本（顶级PCIe4.0产品），但总的来说，即使是PCIe3.0产品，NVMe1.4版本的产品，相对老旧的1.2和1.3规范的产品，不仅速度提高，而且延迟缩短、颗粒的寿命更长、温度控制更为灵活。</strong></p><p id="11NFPAQC">文章来源：钛师父</p><p class="f_center"><img src="http://dingyue.ws.126.net/2022/0720/ag00rfbesr000wd200hr00c6g00f200ab.gif"/><br/></p>