NVM Express
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| 簡稱 | NVMe |
|---|---|
| 成立時間 | 2011年（2011） |
| 網站 | www.nvmexpress.org |
NVM Express（NVMe），或称非易失性内存主机控制器接口规范（英语：Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification，缩写：NVMHCIS），是一个逻辑设备接口规范。它是與AHCI類似的、基於裝置邏輯接口的匯流排傳輸協定規範（相當於通讯协议中的应用层），用于访问通过PCI Express（PCIe）总线附加的非揮發性記憶體介质（例如採用快閃記憶體的固態硬碟機），雖然理論上不一定要求PCIe匯流排協定。
NVM代表非揮發性記憶體（non-volatile memory）的首字母縮略字，这是固态硬盘（SSD）的常见的闪存形式。此規範主要是為基於快閃記憶體的存儲裝置提供一個低延時、內部並行化的原生界面規範，也為現代CPU、電腦平台及相關應用提供原生存儲並行化的支援[1]，令主機硬體和軟體可以充分利用固態存儲裝置的並列化存儲能力。相比此前機械硬碟機（HDD）時代的AHCI，NVMe/NVMHCI降低了I/O操作等待時間、提升同一時間內的操作數、更大容量的操作隊列等。
依託於PCIe匯流排，NVMe裝置可適用於各種支援PCIe匯流排的物理插槽上，包括標準尺寸的PCIe扩展卡（一般是4個PCIe通道）[2]、採用U.2物理連接界面（SFF-8639）的2.5英寸/3.5英寸標準尺寸固態硬碟機、[3][4]SATA Express匯流排（相容於PCIe）的裝置、M.2規格擴展卡等。[5][6]
此規範由「Non-Volatile Memory Host Controller Interface Working Group」（非揮發性記憶體主機控制器界面工作組）負責管理。
目录
1 背景
2 历史
3 作業系統支援
4 參見
5 備註
6 參考資料
7 外部連結
背景
历史上，大多数SSD使用如SATA、SAS或光纤通道等接口与计算机接口的总线连接。随着固态硬盘在大众市场上的流行，SATA已成为个人电脑中连接SSD的最典型方式；但是，SATA的设计主要是作为机械硬盘驱动器（HDD）的接口，并随着时间的推移越来越难满足速度日益提高的SSD。[7]随着在大众市场的流行，许多固态硬盘的数据速率提升已经放缓。不同于机械硬盘，部分SSD已受到SATA最大吞吐量的限制。
在NVMe出现之前，高端SSD只得以采用PCI Express总线制造，但需使用非标准规范的接口。若使用标准化的SSD接口，操作系统只需要一个驱动程序就能使用符合规范的所有SSD。这也意味着每个SSD制造商不必用额外的资源来设计特定接口的驱动程序。[8]
截至2014年9月，在光纤通道（FC）上使用NVMe的新标准也正在开发。[9]
截止2018年，NVMe包含NVMe、NVMe-MI以及NVMe-oF（NVMe over Fabrics）三个细分协议，其中NVMe为主协议，规范了host对盘的读写、访问以及资源管理等功能，NVMe-MI主要包括带外管理相关的功能，NVMe-oF主要是基于NVMe的网络协议规范，可以将FC等网络协议与NVMe进行结合起来。同时，并且三个协议在协同演进，未来将会围绕NVMe形成一个从盘到存储系统的端到端生态。
历史
2009年Intel开始着手寻找SATA的替代方案。SATA作为串行接口，采用AHCI规范，其已经成为制约SSD速度的瓶颈。AHCI只有1个命令队列，队列深度32.而NVMe可以有65535个命令队列，每个队列都可以深达65536个命令。NVMe也充分使用了MSI的2048个中断向量优势，延迟大大减小。
2011年有了1.0。最新的版本是1.2.1；最大带宽为11.6Gbps，约为1200MB/s。
2018年，基于NVMe的SSD已经可以突破15TB可用容量，读带宽达到6GB/s，100万IOPS（4KB随机读），同时保证微秒级延迟。[10]
產品規格：
- 1.0e（2013年1月）
- 1.1b（2014年7月）
- 1.2（2014年11月）
- 1.2a（2015年10月）
- 1.2b（2016年6月）
- 1.2.1（2016年6月）
- 1.3（2017年5月）
- 1.3a（2017年10月）
- 1.3b（2018年5月）
- 1.3c（2018年5月）
作業系統支援
Linux內核的存儲控制堆疊中，NVMe的資料路徑、不同層面下多重內部隊列的位置[11]
- 9Front
- 2017年3月30日，NVMe驅動程式釋出並供使用[12]
- Chrome OS
- 2015年2月24日，加入NVMe驅動至內核和開機載入程式，可從NVMe裝置啟動Chrome OS[13][14]
- DragonFly BSD
- DragonFly 4.6開始內建NVMe驅動程式[15]
- FreeBSD
- Intel贊助開發的驅動程式已內建於FreeBSD的head、stable/9分支中。[16][17]nvd(4)和nvme(4)驅動程式則是在10.2版FreeBSD中開始預設內建於其中。[18]
- Haiku
- Haiku已有驅動開發時程，但是目前仍未完成[19]
- illumos
- illumos於2014年10月15日獲得驅動程式支援[20]
- iOS
- iOS 9開始支援，首款配備了NVMe介面的裝置是iPhone 6S/6S Plus，也是首款採用NVMe的行動裝置。物理介面和UFS相同的採用M-PHY PCIe。接下來Apple推出的iPad Pro和iPhone SE也採用了NVMe[21]
Linux- NVMe的驅動程式最早是英特爾提供的，適用於Linux的內核驅動程式模組。[22][23][24]這個模組在2012年3月19日整合到Linux內核的主線驅動程式當中，Linux內核3.3版開始內建支援而無需安裝額外模組。[25]
- 2014年1月19日的Linux內核 3.13版開始，加入由Fusion-io開發的blk-multiqueue或稱blk-mq模組，是為「可變區塊層」（scalable block layer），用於NVMe SSD。
已隱藏部分未翻譯部分，歡迎參與翻譯。
This leverages the performance offered by SSDs and NVM Express, by allowing much higher I/O submission rates. With this new design of the Linux kernel block layer, internal queues are split into two levels (per-CPU and hardware-submission queues), thus removing bottlenecks and allowing much higher levels of I/O parallelization.[26][27][28]
- 2015年4月12日發佈的Linux內核 4.0版開始，VirtIO區塊層驅動程式，SCSI驅動層（與SATA驅動共用）、回環裝置驅動（loop device） UBI（unsorted block images）驅動（供快閃記憶體實作區塊擦寫管理）以及RBD驅動程式（which exports Ceph RADOS objects as block devices）都被修改，以適應及適配越來越多的NVMe裝置[29][30][31]
- NetBSD
- NetBSD在2016年的開發版本中初步支援NVMe。[32]OpenBSD則是在其6.0版時釋出了NVMe的驅動程式。
- OpenBSD
- OpenBSD的NVMe驅動程式自2014年6月開始，由此前開發並釋出USB、AHCI驅動程式的高級開發團隊負責。[33]OpenBSD 6.0開始正式支援。[34]
- OS X/macOS
- Mac OS X 10.10.3（OS X Yosemite）開始支援NVMe。蘋果公司的Retina MacBook和2016年發佈MacBook Pro，配備了使用NVMe的PCIe SSD作為主硬碟機使用。[35]
- Solaris
- Solaris自Oracle Solaris 11.2開始支援NVMe。[36]
- VMware
- 英特爾釋出了供VMWare使用的NVMe驅動程式，[37]vSphere 6.0以及其後的版本中，均包含了該驅動程式，支援多種NVMe裝置。[38]在 vSphere 6 update 1 更新中，VMWare的VSAN軟體模擬的存儲子系統也開始支援NVMe裝置。[39]
- Windows
- 微軟在Windows 8.1和Windows Server 2012 R2開始，原生支援NVMe裝置。[40][41]同時也為Windows 7和Windows Server 2008 R2提供原生驅動程式支援（Windows 7與Windows Server 2008 R2預設不支援NVMe，需由使用者自行下載獲取）。[42]
- 除了微軟官方提供的驅動程式以外，OpenFabrics Alliance也有維護一套開放原始碼的NVMe驅動程式，使用於Windows 7、8、8.1、10以及Windows Server 2008 R2、2012、2012 R2，這套驅動程式由數個加入了NVMe工作組的公司開發，包括IDT、英特爾以及LSI。[43] The current release is 1.5 from December 2016.[44]
參見
- 電腦裝置頻寬列表
- M.2
- SATA Express
備註
參考資料
^
Compare: NVM Express. NVM Express, Inc. [2017-01-24].NVMe™ is designed from the ground up to deliver high bandwidth and low latency storage access for current and future NVM technologies.
^ Drew Riley. Intel SSD DC P3700 800GB and 1.6TB Review: The Future of Storage. tomshardware.com. 2014-08-13 [2014-11-21].
^ Intel Solid-State Drive DC P3600 Series (PDF). Intel: 18, 20–22. 2015-03-20 [2015-04-11].
^ Paul Alcorn. SFFWG Renames PCIe SSD SFF-8639 Connector To U.2. Tom's Hardware. 2015-06-05 [2015-06-09].
^ 引用错误：没有为名为ahci-nvme的参考文献提供内容
^
Paul Wassenberg. SATA Express: PCIe Client Storage (PDF). SATA-IO. 2013-06-25 [2014-11-21].
^ Walker, Don H. A Comparison of NVMe and AHCI (PDF). 31 July 2012. SATA-IO. [3 July 2013].
^ NVM Express Explained (PDF). 9 April 2014 [21 March 2015].
^ Fibre Channel Industry Association Collaborating with NVM Express, Inc. to Define New Standard for Fabric-Based Solid-State Storage Devices (新闻稿).
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^ Log of /head/sys/dev/nvme. FreeBSD source tree. The FreeBSD Project. [16 October 2012].
^ Log of /stable/9/sys/dev/nvme. FreeBSD source tree. The FreeBSD Project. [3 July 2013].
^ FreeBSD 10.2-RELEASE Release Notes. The FreeBSD Project. [5 August 2015].
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^ 4053 Add NVME Driver Support to Illumos. github.com. [2016-05-23].
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^ nvme(7D). Oracle. [2014-12-02].
^ Intel Solid-State for NVMe Drivers. intel.com. 2015-09-25 [2016-03-17].
^ VMware Compatibility Guide for NVMe devices. vmware.com. [2016-03-17].
^ VSAN Now Supporting NVMe Devices. vmware.com. 2015-11-11 [2016-03-17].
^ 引用错误：没有为名为snia-windows的参考文献提供内容
^ Windows 8.1 to support hybrid disks and adds native NVMe driver. Myce.com. 2013-09-06 [2014-01-11].
^ Update to support NVM Express by using native drivers in Windows 7 or Windows Server 2008 R2. Microsoft. 2014-11-13 [2014-11-17].
^ Windows NVM Express. Project web site. [September 18, 2013]. （原始内容存档于2013年6月12日）.
^ https://svn.openfabrics.org/svnrepo/nvmewin/releases/
外部連結
 | 维基共享资源中相关的多媒体资源：NVM Express |
- 官方網站：官方网站
LFCS: Preparing Linux for nonvolatile memory devices, LWN.net, April 19, 2013, by Jonathan Corbet
Multipathing PCI Express Storage, Linux Foundation, March 12, 2015, by Keith Busch
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