这篇供应商撰写的技术入门文章是由集成设备技术公司企业计算部门的高级营销总监代表NVMe启动小组提交的。NVMe得到思科、戴尔、EMC、IDT、英特尔、美光、NetApp、甲骨文、SandForce和STEC的支持。读者应该注意到它支持NVMe的方法。
闪存为基础的固态硬盘（固态硬盘），提供更快的随机存取，比机电驱动器的数据传输速率，今天就能经常作为旋转磁盘的替代，但主机接口到SSD仍然是一个性能瓶颈。串行总线（PCIe）的固态硬盘的基于连同新兴的标准叫做NVMe（非易失性存储器快递）承诺解决接口瓶颈。
固态硬盘今天证明是有用的，但会发现，一旦新的NVMe标准的日趋成熟和公司的更广泛的使用提供集成电路，使接近SSD的主机处理器的连接。
手头真正的问题是存储技术，可以在过去的二十年匹配处理器性能的指数斜的需要。芯片制造商继续斜坡单独的处理器内核的性能，多核在一个IC组合，并开发新技术，可以在多处理器系统紧密地连接多个芯片。最终，所有在这种情况下需要访问同一个存储子系统的内核。
企业IT经理渴望利用多处理器系统，因为他们有潜力提高系统每秒可处理的I/O操作(IOPS)的数量，以及每瓦的IOPS (IOPS/W)的功耗。相对于成本和功耗，新处理器提供了更好的IOPS——假设处理元素能够及时访问数据。等待数据的活动处理器会浪费时间和金钱。
存储层次
当然，系统中有多个级别的存储技术，它们最终将代码和数据提供给每个处理器核心。通常，每个核心都包括以核心速度运行的本地缓存内存。一个芯片中的多个核心共享一个二级缓存，有时共享一个三级缓存。DRAM为缓存提供数据。DRAM和缓存访问时间以及数据传输性能已经扩展到与处理器性能匹配。
在访问时间和数据速率方面，DRAM和旋转存储之间的性能差距已经出现了脱节。磁盘驱动器供应商在设计和制造高容量、低成本的每千兆字节磁盘驱动器方面做了大量工作。但在访问数据的速度以及将数据传输到DRAM的速度方面，硬盘本身就有限制。
访问时间取决于硬盘驱动器在磁盘上所需数据轨道上移动读磁头的速度，以及在读磁头下移动数据所在扇区的旋转延迟。最大传输速率由磁盘的转速和数据编码方案决定，它们共同决定每秒从磁盘读取的字节数。
硬盘驱动器在阅读和传送连续的数据进行比较好。但是随机寻道操作增加延迟。即使顺序读取操作无法比拟的最新处理器的数据胃口。
同时，执行在线交易处理，例如金融交易，并在挖掘数据的企业系统应用程序例如，客户关系管理需要对数据的高度随机访问。云计算还有一个随机元素和一般的随机问题与技术，如升级虚拟化扩展单个系统在任何时候都处于活动状态的应用程序的范围。延迟的每一微秒都直接与金钱损失和处理器的低效率使用以及系统消耗的能量有关。
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幸运的是，闪存提供堵塞DRAM和旋转存储之间的性能差距的潜力。Flash是比DRAM，但提供每GB存储成本更低更慢。那成本比磁盘存储更昂贵，但企业会很乐意支付的保险费，因为闪光灯也提供MB /秒的条件更好的吞吐量和更快的获得随机数据，从而更好地成本每IOPS比旋转存储。
增加的闪存容量和合理的成本，导致固态硬盘的发展趋势，在磁盘驱动器般的外形封装闪存。另外，SSD的已最经常使用的磁盘驱动器的接口，如SATA（串行ATA）或SAS（串行连接SCSI）。
现在ssd使用磁盘接口
盘驱动器形状因数和接口允许IT厂商无缝替换一个SSD为磁盘驱动器。有没有在系统硬件或驱动程序软件所需的变化。你可以简单地换SSD中，实现更好的显著访问时间和稍快的数据传输速率。
然而，磁盘驱动器接口对于基于闪存的存储并不理想。Flash甚至可以支持比最新一代磁盘接口更高的数据传输速率。此外，SSD制造商可以在2.5英寸的外形系数中封装足够的闪存设备，从而轻松超过为磁盘驱动器开发的电源配置文件。
让我们更仔细地检查磁盘接口。大多数主流系统目前采用第二代SATA和SAS接口（简称3Gbps的接口），其提供300MB / s的传输速率。第三代SATA和SAS推送速度600MB /秒，以及基于这些接口的硬盘已经找到了在企业系统中使用。
虽然这些数据速率支持最快的机电式驱动器，新与非flash架构和多模flash封装提供的聚合flash带宽超过了SATA和SAS互连的吞吐量能力。简而言之，SSD的性能瓶颈已经从flash设备转移到了主机接口。业界需要更快的主机互连来充分利用闪存。
PCIe主机接口可以克服这个存储性能瓶颈和由SSD直接连接到PCIe主机总线提供无与伦比的性能。例如，一个4通道（4个）的PCIe代-3（G3）的链接，这将在体积出货在2012，可以提供4GB /秒的数据速率。此外，直接的PCIe连接可以降低系统功耗，并大幅削减这归因于传统存储架构的延迟。
的PCIe，得到所需的存储带宽
很明显的接口如的PCIe可以处理多通道闪存存储子系统的带宽，可提供额外的性能优势。固态使用磁盘接口也遭受延迟由存储控制器IC，处理磁盘I / O加入。PCIe设备直接连接到主机总线消除了与传统的存储基础设施相关联的体系结构层。的PCIe固态硬盘的卓越的性能已造成顶级OEM厂商将固态硬盘的PCIe服务器中，以及在存储阵列构建加速应用程序，同时提高了成本每IOPS的分层存储系统。
将存储移动到PCIe链接会给系统设计人员带来额外的挑战。如前所述，基于SATA和sasd的SSD产品保持了软件兼容性，一些系统设计者不愿意放弃这种优势。任何PCIe存储实现都需要一些新的驱动软件。
尽管软件问题，转会的PCIe存储已经发生。在企业中的性能要求，规定这种转变。有没有其他提供改善每个IT经理都要求美元特点IOPS，IOPS / W，而IOPS明显的方法。
使用PCIe作为存储互连的好处是显而易见的。您可以实现超过吞吐量相对于SATA或SAS五倍的数据。您可以消除部件如SATA和SAS接口的主机总线适配器和SERDES芯片 - 节省金钱和权力在系统级。和PCIe移动存储在处理器附近的减少延迟。
所以，这个行业面临的问题是不是真的是否使用的PCIe与闪存存储连接，但如何做到这一点。有许多与一些早期的产品已经在市场选择。
权宜之计的PCIe SSD实现
最简单的实现方式中可以利用现有的闪存控制器集成电路，虽然能够控制存储器的读取和写入操作，具有用于系统的I / O的概念不支持。这样的闪存控制器将在现有SATA-或基于SAS的SSD产品磁盘通常后面的工作接口IC。
另外，您也可以在主处理器上运行闪存管理软件跨越的PCIe互连，使一个简单的闪存控制器功能。这种方法是不理想的。首先，它会消耗主机处理和理想将处理更多的IOPS内存资源。其次，它需要专用的驱动程序，并提出了OEM资格的问题。第三，因为系统必须启动的闪存管理软件来执行和实现存储方案，它并没有提供一个可引导驱动器。第四，这样的结构是不是不断增加的系统资源需求可扩展所致。
显然，在短期内，这些设计将找到利基的成功。今天，这些产品主要被用作硬盘驱动器的缓存，而不是高性能磁盘驱动器的主流替代品。
从长远来看，一个更健壮、更高效的PCIe SSD设计将依赖于一个复杂的SoC，该SoC本身支持PCIe，集成了flash控制器功能，并完全实现了存储设备的概念。这样的产品将减轻主机CPU和处理闪存管理的内存负担，并最终启用支持即插即用操作的标准操作系统驱动程序，就像我们今天在SATA和SAS中所享受的那样。
事实上，NVMe标准最终将用于PCIe连接的固态硬盘提供的插件和播放功能。该NVMe 1.0规范，从整个行业的80多家公司合作开发，于2011年3月由NVMHCI工作组发布了 - 现在更普遍被称为NVMe工作组。
该规范为PCIe ssd定义了优化的寄存器接口、命令集和特性集。其目标是帮助实现基于pci的SSD的广泛采用，并提供一个可伸缩的接口来实现SSD技术现在和将来的性能潜力。NVMe 1.0规范可以从这里下载www.nvmexpress.org。
该NVMe规范是专为与能够指使I / O操作的每个线程并发运行的多个线程的多核系统设计最优化。事实上，它只是IT经理都希望能充分利用，以提高IOPS的方案进行了优化。NVMe规范可支持多达64k的I / O队列，多达64k命令每个队列。每个处理器核心可以实现自己的队列。
在2011年6月，该NVMe推广小组成立，使广泛采用的NVMe标准为PCIe固态硬盘。七大行业领导人将在董事会常任理事国席位：思科，戴尔，EMC，IDT，英特尔，NetApp和甲骨文。六个，其他席位将来自公司谁是NVMHCI工作组成员中选出。
还有NVMe成为之前的主流技术，而是一个范围行业参与者之间的广泛支持，几乎可以保证，该技术将成为高性能SSD互连标准工作要做。支持者包括IC制造商，闪存制造商，操作系统供应商，服务器制造商，存储子系统制造商和网络设备制造商。
在接下来的12到18个月里，NVMe的支持将逐步到位，因为驱动程序将出现在最流行的操作系统中。此外，公司将交付SoC企业闪存控制器所需的启用NVMe。
外形为PCIe固态硬盘
该NVMe标准不涉及的形式因素的SSD的主题，这就是被引导通过另一个工作组，制定了另一个问题。
在企业级存储中，磁盘驱动器和ssd等设备通常是外部可访问的，并且支持热插拔功能。在某种程度上，之所以需要热插拔功能，是因为磁盘驱动器在本质上是机械性的，而且通常比ICs故障更早。热插拔功能允许轻松更换故障驱动器。
随着固态硬盘，IT经理和存储厂商会希望留在从外部访问的模块化方法。这种方法通过将固态硬盘，或具有更广阔的那些替换现有的SSD支持容易加成的存储容量任。
的确，已经形成以解决外形的问题的另一个标准组织。该建立SSD工作组专注于促进PCIe作为一个SSD互连。该工作组由五个创始会员包括戴尔，EMC，富士通，IBM和英特尔驱动。
该形状因子组2010年秋季开始，重点在三个方面：
•连接器规范，将支持的PCIe以及SAS / SATA。
•一个形状因数建立在当前的2.5英寸标准同时支持新的连接器定义和扩大功率包络，以支持更高的性能。
•支持热插拔功能。
积木都落入地方PCIe连接固态硬盘和性能改进拯救更广泛的使用，该技术将带来企业级应用。虽然重点是更多的企业，NVMe标准必将涓滴到客户端系统，以及在笔记本电脑甚至提供性能提升，同时降低成本和系统功耗。该标准将推动更广泛使用的PCIe SSD技术兼容的集成电路和司机取得成果。