M.2 PCIE NVME SSD当中的“NVME”协议是什么?

近几年来M.2 PCIE NVME固态硬盘一直处于火热状态,很久以前虫子君就入手了一张M.2的固态硬盘,买的M.2 PCIE NVME的固态硬盘-Samsung 961,那时候nvme协议还没有升级到1.3版本,都是1.2版本。

很多同学购买固态硬盘仅仅是为了图快,不管是为了快速开机,还是为了加快游戏的加载效率,都只是为了一个字“快”。

本着深究一切技术的理念,虫子今天跟同学们一起探讨一下关于nvme协议到底是什么技术,为什么可以给固态硬盘带来如此巨大的革新面貌。

1、NVME协议是什么?

NVMe是Non-Volatile Memory express(非易失性内存主机控制器接口规范)的简称。对于全英文的名称不用记住,您只需要记住NVME是“Non-Volatile Memory express”的简称。

其实本质上来说,NVME跟我们现在使用的SATA3固态硬盘的“AHCI”协议是属于同一种东西,就是一种技术协议规范。

也可以被理解成一种软件,一种无形的东西,其一是为了规范新一代的固态硬盘的速率,第二是垄断企业为了将SSD变成一个标准且规范化的产品。

2、NVME协议为什么可以给固态硬盘带来如此大的革新

要明白NVME协议为什么可以给固态硬盘(ssd)带来如此大的革新,就需要了解一个东西,除了固态硬盘所使用的芯片,还有就是支持nvme协议的主控。

都说科技是加速发展的,就好比nvm express协议,各大厂商研发的时间是在2011年,在2012年的时候就已经陆续生产,继而2012年就已经面世,并且已经在一些高端企业内部开始流通并使用。

说到NVME协议就不得不涉及到SATA接口的固态硬盘的“AHCI”,虽然说两者在本职工作上并没有什么区别,但是“NVME”协议却给固态硬盘(M.2 PCIE NVME SSD)带来了新一轮的革新。

“AHCI”协议再过去相比“IDE”就是一条通往天堂的大道,这一条大路可以并行8辆车,所以流通的数据量自然也就会更大。而“IDE”就是一条田间小路,所以它的数据流通量自然也就小了很多。

而后在2015年的时候发布了“nvm express 1.3版本”为非用户组件和系统提供了带外管理。NVMe提供了一个通用的基线管理功能,它可以跨越所有的NVMe设备和系统,以及实现可选特性的一致方法。命令包括查询和设置配置、获取子系统的健康、固件管理、命名空间管理、安全管理等。

所以相比之下“NVME”就是一条可以并行40辆车的一条康庄大道,不管是在数据的流通量还是并行能力,以及我们常说的4K读写能力都有了一个质的提升。

在2017年的时候各大厂商有商量了一下,觉得上一代的NVM EXPRESS协议,功耗还是太高了,所以继而又更新了一代优化版。在不提升性能的前提下,优化了功耗以及其他数据的处理能力,总的来说也可以比理解成提升了些许的性能。

NVMe是通过PCI Express总线将存储连接到服务器的接口规范,简单来说就是,使SSD与主机系统通信的速度更快。它有助于缓解闪存通过最初为HDD设计的SAS或SATA连接到系统时出现的瓶颈,而传统的SATA协议还需要通过间接的方式与CPU相连,造成相当的延时与信号衰减。

NVMe SSD的并行性极大地提高了吞吐量。当数据从存储传输到服务器主机时,它会进入一行或队列。传统的SATA连接只能支持一个队列,一次只能接收32条数据。再回到车的类比上,这就像只有一条车道的车流可以容纳32辆车。

而NVMe存储支持最多64000个队列,每个队列有64000个条目。换句话说,这就像从一条单行道走到一条6.4万车道的路上,每条车道都能容纳6.4万辆汽车,这对整体表现产生了巨大的影响。

在实际应用当中,我们简单的任务或许感觉不到NVME与SATA的区别,但在企业大型的数据库应用,热门的视频点播当中,我们就会发现NVME的强悍性能。

NVME这么好,这么强大,能否将HDD应用到NVME上面来呢?答案当然是否定的,从原理上来看,HDD的数据寻址是靠磁盘马达带动盘片和指针来寻,从本质上来讲,这是属于机械式操作。他不能同时寻找多个数据地址,相当于从一个很多货物的仓库往外搬东西,HDD是只有一个人搬,而用了NVME的SSD就有几百人同时向外搬东西。

对于很多人来说,NVMe最令人困惑的部分是它与PCIe的关系。一些厂商使用NVMe作为标签来指代他们的SSD,另外一些厂商则使用PCIe标签,还有一些厂商似乎可以互换使用这些术语。

虽然PCIe和NVMe密切相关,但区别是很大的。可以将PCIe看作是系统的物理部分。当您将一个NVMe SSD插入服务器时,您需要通过一个PCIe插槽连接它。

3、什么主板或者电脑适用M.2 PCIE NVME  SSD

理论上来说M.2 PCIE NVME的固态硬盘可以在所有电脑上面使用,这得益于不管是哪一代的处理器(三十年前的不算),都有PCIE通道。

在一般条件下来来说PCIE NVME的固态硬盘都是可以使用,不过具体还是跟您的电脑相关的,在新一代的电脑产品当中,大多都是已经内置了M.2 PCIE的接口,所以购买一个pcie 固态硬盘直接插上去就是可以使用。

不过老一代的主板未必有M.2 PCIE的固态硬盘的接口,如果是台式电脑还好办一点,可以利用转接卡在PCIE X16通道的接口处,扩展一个(前提会牺牲显卡的接口),相对高端一点的主板会集成一到三个PCIE大于4通道的接口,所以可以直接利用转接板直连输出接口。

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