大容量與高性能SSD硬盤的比較

NVMe協議設計用于NAND閃存等非易失性半導體存儲器和Intel Optane等3D XPoint等下一代非易失性技術，以及Everspin和Avalanche Technology公司提供的電阻和磁阻存儲器。它顯著地簡化了I/O協議，并消除了HDD硬盤協議的其他限制。
NVMe支持多達64K個隊列，最多64K個條目，而SAS支持254個條目，SATA支持32個條目。NVMe還針對多個核心處理器非統一內存訪問處理器進行了優化，以允許多個核心處理器共享隊列的所有權。該協議不需要I/O鎖定，并具有其他功能，允許其性能隨系統中可用的核心處理器數量的變化而變化。

多個核心處理器非統一內存訪問處理器進行了優化，以允許多個核共享隊列所有權。該協議也不需要I/O鎖定，并具有其他功能，可以根據系統中可用內核的數量來擴展性能。

NVMe命令集比SAS或SATA更簡單、更精簡，開銷更小，作為機械硬盤(HDD)協議，每個I/O請求需要一半或更少的處理器指令。這種效率意味著更高的IOPS吞吐量和更低的延遲。其指令集還包括一些高級功能，如保留和電源管理，這些功能可以進一步提高系統效率。
NVMe有效支持I/O虛擬化技術，如單根I/O虛擬化，并提供廣泛的錯誤報告和管理功能。

IDC公司研究副總裁Eric Burgener表示，到2020年，NVMe將成為企業存儲的基礎，越來越多的工作負載將需要NVMe來實現低延遲、高吞吐量、存儲密度和快速存儲陣列重建時間。

更密集、更快的閃存

像內存(DRAM)一樣，閃存通過檢測存儲單元中是否存在電荷來工作。閃存使用的存儲結構與內存不同，一旦存儲芯片斷電，該結構并不會丟失電荷。

早期的閃存設計使用了由絕緣二氧化硅包圍的導電多晶硅浮柵，從而在通過名為Fowler-Nordheim隧道的數據寫入過程中捕獲電子。這些平面結構多年來一直為各行業服務，但是它們的二維結構限制了存儲單元陣列的密度。

構建更高容量的閃存設備的解決方案需要進入硅基板以蝕刻3D結構，該結構可以分層以在每個支柱上創建多個存儲單元。這些設計與電荷存儲和絕緣材料的變化相結合，從而可以使用電荷陷阱非易失性存儲機制。

除了在3D堆棧中將存儲單元進行分層之外，現在的設備還可以讀取每個存儲單元多個電壓荷電平，從而使它們可以存儲多個位并增加容量。在單層單元(SLC)NAND設備中，多晶硅浮柵充電的單元代表0，沒有電荷的單元代表1。

相比之下，多層單元(MLC)器件可以向存儲門施加三種不同的電荷水平，以表示四種狀態或兩個位。隨著時間的推移，制程容差和寫入電路已變得足夠精確，可以代表七個或更多狀態，并啟用了三層單元(TLC)和四層單元(QLC)器件，每個器件可存儲16個電壓電平。

增加每個單元的位密度的缺點是速度和耐力。由于編程周期需要多個步驟，因此編程和讀取多層單元(MLC)、三層單元(TLC)和四層單元(QLC)設備所花費的時間會越來越長。而位狀態之間較小的電壓公差意味著，在存儲單元無法區分位電平之前，所需的電荷泄漏較少，因此不可用。例如，大多數單層單元(SLC)設備的壽命大約為100,000個編程/擦除周期，而四層單元(QLC)設備可能只允許100個。

使用場景

位密度與性能和持久性之間的權衡意味著單層單元(SLC)設備是寫密集型數據庫應用程序、數據分析、深度學習模型培訓或系統引導驅動器的首選或直接需求。相反，三層單元(TLC)或四層單元(QLC)設備可用于以讀為主的應用程序，如文件共享和存檔。SSD硬盤耐久性通常在每天的寫入填充中指定，以表明在其使用壽命內每天可以寫入設備上每個單元多少次。

NVMe的崛起意味著企業高性能SSD硬盤現在能夠以多種形式使用。使用U.2和U.3標準的NVMe設備具有與傳統HDD硬盤相同的2.5英寸規格，但使用支持PCIe接口的備用引腳輸出。諸如M.2、PCIe卡和英特爾的EDSFF硬盤的替代產品也采用與閃存一樣的尺寸，可以在緊湊的封裝中提供更高容量。

責任編輯：華軒來源：企業網D1Net

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