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NVM Express

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非ひ揮發きはつ性せい主しゅ記憶きおく體たい主おも機き控ひかえ制せい器き介かい面めん工作こうさく群ぐん組ぐみ
簡稱NVMe
成立せいりつ時間じかん2011年ねん，​13年ねん前まえ​（2011）
類型るいけい匯流排はい、硬かた碟機介かい面めん[*]
網あみ站nvmexpress.org

NVM Express（縮寫しゅくしゃNVMe），或ある稱しょう非ひ揮發きはつ性せい主しゅ記憶きおく體たい主おも機き控ひかえ制せい器き介かい面めん規範きはん（英語えいご：Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification，縮寫しゅくしゃ：NVMHCIS），是ぜ一いち個こ邏輯裝置そうち介かい面めん規範きはん。它是基もと於裝置そうち邏輯介かい面めん的てき匯流排はい傳つて輸協定きょうてい規範きはん（相當そうとう於通訊協定きょうてい中ちゅう的てき應用おうよう層そう），用よう於存取と通過つうかPCI Express（PCIe）匯流排はい附加ふか的てき非ひ揮發きはつ性せい記憶きおく體たい媒介ばいかい（例れい如採用さいよう快かい閃記憶きおく體たい的てき固かた態たい硬かた碟機），雖然理論りろん上じょう不ふ一定いってい要求ようきゅうPCIe匯流排はい協定きょうてい。NVMe是ぜ一いち種しゅ協定きょうてい，是ぜ一いち組くみ允許いんきょSSD使用しようPCIe匯流排はい的てき軟硬體たい標準ひょうじゅん；而PCIe是ぜ實際じっさい的てき物理ぶつり連接れんせつ通どおり道どう。

PCI Express型かた、M.2型かた（下した）

NVM代表だいひょう非ひ揮發きはつ性せい記憶きおく體たい（non-volatile memory）的てき首くび字母じぼ縮ちぢみ略字りゃくじ，這是固かた態たい硬かた碟（SSD）的てき常見つねみ的てき快かい閃記憶きおく體形たいけい式しき。此規範きはん主要しゅよう是ぜ為ため基もと於快閃記憶きおく體たい的てき儲もうか存そん裝置そうち提供ていきょう一いち個こ低てい延時のぶとき、內部並行へいこう化か的てき原生げんせい介かい面めん規範きはん，也為現代げんだいCPU、電腦でんのう平台ひらだい及相關そうかん應用おうよう提供ていきょう原生げんせい儲もうか存そん並行へいこう化か的てき支援しえん[1]，令れい主あるじ機き硬かた體からだ和わ軟體可か以充分ぶん利用りよう固かた態たい儲もうか存そん裝置そうち的てき並列へいれつ化か儲もうか存そん能力のうりょく。相そう比ひ此前機械きかい硬かた碟機（HDD）時代じだい的てきAHCI（SATA下か的てき協定きょうてい），NVMe/NVMHCI降くだ低てい了りょうI/O操作そうさ等とう待まち時間じかん、提つつみ升ます同どう一いち時じ間あいだ內的操作そうさ數すう、更さら大だい容量ようりょう的てき操作そうさ隊列たいれつ等とう。

依託いたく於PCIe匯流排はい，NVMe裝置そうち可か適用てきよう於各種かくしゅ支援しえんPCIe匯流排はい的てき物理ぶつり插槽上じょう，包括ほうかつ標準ひょうじゅん尺寸しゃくすん的てきPCIe擴充かくじゅう卡（英語えいご：Expansion card）（一般いっぱん是ぜ4個こPCIe通どおり道どう）[2]、採用さいようU.2物理ぶつり連接れんせつ介かい面めん（SFF-8639）的てき2.5英えい寸すん/3.5英えい寸すん標準ひょうじゅん尺寸しゃくすん固かた態たい硬かた碟機、[3][4]SATA Express匯流排はい（相あい容よう於PCIe）的てき裝置そうち、M.2規格きかく擴展卡等。[5]此規範きはん由よしNVMHCIS工作こうさく組ぐみ負ふ責せめ管理かんり。

背景はいけい

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歷史れきし上じょう，大だい多數たすうSSD使用しよう如SATA、SAS或ある光ひかり纖通道どう等とう介かい面めん與あずか電腦でんのう介かい面めん的てき匯流排はい連接れんせつ。隨ずい著ちょ固かた態たい硬かた碟在大だい眾市場いちば上じょう的てき流行りゅうこう，SATA已やめ成なり為ため個人こじん電腦でんのう中ちゅう連接れんせつSSD的てき最さい典型てんけい方式ほうしき；但ただし是ぜ，SATA的てき設計せっけい主要しゅよう是ぜ作為さくい機械きかい硬かた碟機（HDD）的てき介かい面めん，機械きかい結構けっこう的てきHDD使用しよう讀取よみと臂ひじ做讀寫うつし，與あずか直接ちょくせつ操作そうさ固かた態たい顆粒かりゅう的てきSSD差異さい很大，並なみ隨ずい著ちょ時間じかん的てき推移すいい越來ごえく越えつ難なん滿足まんぞく速度そくど日び益えき提ひさげ高だか的てきSSD。[6]隨ずい著ちょ在ざい大だい眾市場いちば的てき流行りゅうこう，許多きょた固かた態たい硬かた碟的資料しりょう速そく率りつ提つつみ升ます已やめ經けい放ひ緩なる。不同ふどう於機械硬碟，部分ぶぶんSSD已やめ受到SATA最大さいだい吞吐量りょう的まと限げん制せい。

在ざいNVMe出現しゅつげん之の前まえ，高階たかしなSSD只ただ得とく以採用さいようPCI Express匯流排はい製造せいぞう，但ただし需使用しよう非ひ標準ひょうじゅん規範きはん的てき介かい面めん。若わか使用しよう標準ひょうじゅん化か的てきSSD介かい面めん，作業さぎょう系統けいとう只ただ需要じゅよう一個驅動程式就能使用符合規範的所有SSD。這也意味いみ著ちょ每ごと個こSSD製造せいぞう商しょう不ふ必用ひつよう額がく外的がいてき資源しげん來らい設計せっけい特定とくてい介かい面めん的てき驅動くどう程ほど式しき。[7]

截至2014年ねん9月がつ，在ざい光ひかり纖通道どう（FC）上じょう使用しようNVMe的てき新しん標準ひょうじゅん也正在ざい開發かいはつ。[8]

截止2018年ねん，NVMe包含ほうがんNVMe、NVMe-MI以及NVMe-oF（NVMe over Fabrics）三さん個こ細分さいぶん協定きょうてい，其中NVMe為ため主ぬし協定きょうてい，規範きはん了りょうhost對たい盤ばん的てき讀寫、存そん取と以及資源しげん管理かんり等とう功こう能のう，NVMe-MI主要しゅよう包括ほうかつ帶たい外がい管理かんり相關そうかん的てき功こう能のう，NVMe-oF主要しゅよう是ぜ基もと於NVMe的てき網もう路ろ協定きょうてい規範きはん，可か以將FC等とう網もう路ろ協定きょうてい與あずかNVMe進行しんこう結合けつごう起おこり來らい。同時どうじ，並なみ且三個協定在協同演進，未來みらい將しょう會かい圍繞いじょうNVMe形成けいせい一個從盤到儲存系統的端到端生態。

PCI Express與あずか傳統でんとう的てきSATA差異さい

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NVMe標準ひょうじゅん對比たいひAHCI標準ひょうじゅん：

  • 當とう資料しりょう從したがえ儲もうか存そん傳でん輸到伺服器き主おも機き時じ，會かい進入しんにゅう一いち行ぎょう或ある佇列。傳統でんとう的てきSATA連接れんせつ只ただ能のう支援しえん一いち個こ佇列，一いち次じ只ただ能のう接收せっしゅう32條じょう資料しりょう。而NVMe儲もうか存そん支援しえん最多さいた64000個こ佇列，每まい個こ佇列有ゆう64000個條かじょう目め。
  • NVMe使用しよう原生げんせいPCIe通つう道どう，免まぬかれ去ざ了りょうSATA與あずかSAS介かい面めん的てき主おも機き控ひかえ制せい器き與あずかCPU通どおり訊所帶たい來らい的てき延のべ時じ。NVMe標準ひょうじゅん的てき延時のぶとき只ただ有ゆうAHCI的てき一半いっぱん不ふ到いた：NVMe精せい簡了呼よび叫さけべ方式ほうしき，執行しっこう命令めいれい時じ不ふ需要じゅよう讀取よみと暫存器き；而AHCI每ごと條じょう命令めいれい則そく需要じゅよう讀取よみと4次じ暫存器き，一いち共とも會かい消耗しょうもう8000次じCPU迴圈，從したがえ而造成ぞうせい大概たいがい2.5微ほろ秒びょう的てき延のべ遲おそ。
  • NVMe支援しえん同時どうじ從したがえ多核たかく處理しょり器き接受せつじゅ命令めいれい和わ優先ゆうせん處理しょり請求せいきゅう，這在企業きぎょう級きゅう的てき重じゅう負まけ載の時とき優勢ゆうせい明あかり顯あらわ。
  • NVMe加入かにゅう了りょう自動じどう功こう耗狀態じょうたい切せつ換かわ和わ動態どうたい能のう耗管理かんり功こう能のう。裝置そうち從したがえPower State 0閒あいだ置おけ50ms後ご可か以切換かわ到いたPower State 1；繼續けいぞく閒あいだ置おけ的てき話ばなし，在ざい500ms後ご又また會かい進入しんにゅう功こう耗更低ひく的てきPower State 2，切せつ換かわ時とき會かい有ゆう短たん暫延遲おそ。SSD在ざい閒あいだ置おけ時じ可か以非常ひじょう快速かいそく的てき控ひかえ制せい在ざい極きょく低ひく的てき水準すいじゅん，在ざい功こう耗管理かんり上じょうNVMe標準ひょうじゅん的てきSSD會かい比ひAHCI SSD擁よう有ゆう較大優勢ゆうせい。

歷史れきし

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2009年ねんIntel開始かいし著ちょ手しゅ尋ひろ找SATA的てき替がえ代だい方案ほうあん。SATA作為さくい串くし行ぎょう介かい面めん，採用さいようAHCI規範きはん，其已經けい成なり為ため制約せいやくSSD速度そくど的てき瓶びん頸。AHCI只ただ有ゆう1個いっこ命令めいれい佇列，佇列深度しんど32。而NVMe可か以有65535個こ命令めいれい佇列，每まい個こ佇列都と可か以深達たち65536個こ命令めいれい。NVMe也充分ぶん使用しよう了りょうMSI的てき2048個こ中斷ちゅうだん向こう量りょう優勢ゆうせい，延のべ遲おそ大だい大だい減げん小しょう。最新さいしん的てき版本はんぽん是ぜ2.0c；最大さいだい頻しき寬ひろし約やく為ため16GB/s。[9]

2018年ねん，基き於NVMe的てきSSD已やめ經けい可か以突破とっぱ15TB可用かよう容量ようりょう，讀頻寬ひろし達たち到いた6GB/s，100萬まんIOPS（4KB隨ずい機き讀），同時どうじ保證ほしょう微ほろ秒びょう級きゅう延のべ遲おそ。[10] 產品さんぴん規格きかく：

  • 1.0e（2013年ねん1月がつ）
  • 1.1b（2014年ねん7月がつ）
  • 1.2（2014年ねん11月）
    • 1.2a（2015年ねん10月がつ）
    • 1.2b（2016年ねん6月がつ）
    • 1.2.1（2016年ねん6月がつ）
  • 1.3（2017年ねん5月がつ）
    • 1.3a（2017年ねん10月がつ）
    • 1.3b（2018年ねん5月がつ）
    • 1.3c（2018年ねん5月がつ）
    • 1.3d（2019年ねん3月がつ）
  • 1.4（2019年ねん6月がつ）
    • 1.4a（2020年ねん3月がつ）
    • 1.4b（2020年ねん9月がつ）
  • 2.0（2021年ねん5月がつ）[11]
    • 2.0a（2021年ねん7月がつ）
    • 2.0b（2022年ねん1月がつ）
    • 2.0c（2022年ねん10月がつ）

作業さぎょう系統けいとう支援しえん

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Linux核心かくしん的てき儲もうか存そん控ひかえ制せい堆うずたか疊たたみ中ちゅう，NVMe的てき資料しりょう路ろ徑みち、不同ふどう層そう面めん下か多重たじゅう內部隊列たいれつ的てき位置いち[12]
9Front
2017年ねん3月がつ30日にち，NVMe驅動くどう程ほど式しき釋しゃく出いずる並なみ供きょう使用しよう[13]
Chrome OS
2015年ねん2月がつ24日にち，加入かにゅうNVMe驅動くどう至いたり核かく心こころ和かず開ひらく機き載の入にゅう程ほど式しき，可か從したがえNVMe裝置そうち啟けい動どうChrome OS[14][15]
DragonFly BSD
DragonFly 4.6開始かいし內建NVMe驅動くどう程ほど式しき[16]
FreeBSD
Intel贊助さんじょ開發かいはつ的てき驅動くどう程ほど式しき已やめ內建於FreeBSD的てきhead、stable/9分ふん支ささえ中ちゅう。[17][18]nvd(4)和かずnvme(4)驅動くどう程ほど式しき則そく是ぜ在ざい10.2版はんFreeBSD中ちゅう開始かいし預あずか設しつらえ內建於其中ちゅう。[19]
Haiku
Haiku已やめ有ゆう驅動くどう開發かいはつ時じ程ほど，但ただし是ぜ目前もくぜん仍未完成かんせい[20]
illumos
illumos於2014年ねん10月がつ15日にち獲得かくとく驅動くどう程ほど式しき支援しえん[21]
iOS
iOS 9開始かいし支援しえん，首しゅ款配備はいび了りょうNVMe介かい面めん的てき裝置そうち是ぜiPhone 6S/6S Plus，也是首くび款採用さいようNVMe的てき行動こうどう裝置そうち。物理ぶつり介かい面めん和わUFS相あい同どう的てき採用さいようM-PHY PCIe。接せっ下か來らいApple推出的てきiPad Pro和わiPhone SE也採用さいよう了りょうNVMe[22]
Linux
NVMe的てき驅動くどう程ほど式しき最早もはや是ぜ英えい特とく爾なんじ提供ていきょう的てき，適用てきよう於Linux的てき核心かくしん驅動くどう程ほど式しき模も組ぐみ。[23][24][25]這個模も組ぐみ在ざい2012年ねん3月がつ19日にち整合せいごう到いたLinux核心かくしん的まと主ぬし線せん驅動くどう程ほど式しき當とう中ちゅう，Linux核心かくしん3.3版はん開始かいし內建支援しえん而無需安裝そう額がく外がい模も組ぐみ。[26]
NVMe採用さいよう了りょう多た佇列設計せっけい，最高さいこう支援しえん64k個こ佇列。2014年ねん1月がつ19日にち的てきLinux核心かくしん 3.13版はん開始かいし，block層そう增加ぞうか了りょうmulti-queue block layer，這一模組可以充分利用多核CPU和わ底そこ層そう高速こうそくSSD硬かた體からだ資源しげん，主おも機きCPU的てきI/O提ひさげ交佇列れつ可か以與SSD側がわ的てき提ひさげ交佇列れつ進行しんこう繫結，即そく是ぜ說せつ每ごと個こCPU核かく可か以與SSD硬かた體からだ的てき佇列進行しんこう1：1或ある者ものn:m（比ひ值取決けつ於硬體たい設計せっけい）進行しんこう組ぐみ態たい。對たい上層じょうそう應用おうよう仍然是ぜ通用つうよう的てき塊かたまり介かい面めん。從したがえ應用おうよう的てき角度かくど，在ざい某ぼう一いち個こCPU Core上うえ產さん生せい的てきIO請求せいきゅう，中斷ちゅうだん也會在ざい此CPU Core處理しょり, 效能こうのう更さら優ゆう。在ざいSSD效能こうのう不ふ是ぜ瓶びん頸的情況じょうきょう下か，應用おうよう的てき效能こうのう能のう夠實現在げんざい多核たかく環境かんきょう下か按照CPU Core的てき數量すうりょう擴充かくじゅう，這點與あずかAHCI的てきCPU單たん佇列存そん取と儲もうか存そん裝置そうち的てき機き制せい有ゆう所しょ不同ふどう。
2015年ねん4月がつ12日にち發はつ佈的Linux核心かくしん 4.0版はん開始かいし，VirtIO區く塊かたまり層そう驅動くどう程ほど式しき，SCSI驅動くどう層そう（與あずかSATA驅動くどう共ども享とおる）、回かい環たまき裝置そうち驅動くどう（loop device） UBI（unsorted block images）驅動くどう（供きょう快かい閃記憶きおく體たい實じつ作さく區く塊かたまり擦こす寫うつし管理かんり）以及RBD驅動くどう程ほど式しき（which exports Ceph RADOS objects as block devices）都と被ひ修おさむ改あらため，以適應おう及適配はい越來ごえく越えつ多た的てきNVMe裝置そうち[27][28][29]
NetBSD
NetBSD在ざい2016年ねん的てき開發かいはつ版ばん本中ほんなか初步しょほ支援しえんNVMe。[30]
OpenBSD
OpenBSD的てきNVMe驅動くどう程ほど式しき自じ2014年ねん6月がつ開始かいし，由ゆかり此前開發かいはつ並なみ釋しゃく出いずるUSB、AHCI驅動くどう程ほど式しき的てき高級こうきゅう開發かいはつ團だん隊たい負ふ責せめ。[31]OpenBSD 6.0開始かいし正式せいしき支援しえん。[32]
OS X/macOS
Mac OS X 10.10.3（OS X Yosemite）開始かいし支援しえんNVMe。蘋果公司こうし的てきRetina MacBook和わ2016年ねん發はつ佈MacBook Pro，配備はいび了りょう使用しようNVMe的てきPCIe SSD作為さくい主ぬし硬かた碟機使用しよう。[33]
Solaris
Solaris自じOracle Solaris 11.2開始かいし支援しえんNVMe。[34]
VMware
英えい特とく爾しか釋しゃく出いずる了りょう供きょうVMWare使用しよう的てきNVMe驅動くどう程ほど式しき，[35]vSphere 6.0以及其後的てき版本はんぽん中ちゅう，均ひとし包含ほうがん了りょう該驅動くどう程ほど式しき，支援しえん多種たしゅNVMe裝置そうち。[36]在ざい vSphere 6 update 1 更新こうしん中ちゅう，VMWare的てきVSAN軟體類比るいひ的てき儲もうか存そん子こ系統けいとう也開始かいし支援しえんNVMe裝置そうち。[37]
Windows
微ほろ軟在Windows 8.1和わWindows Server 2012 R2開始かいし，原生げんせい支援しえんNVMe裝置そうち。[38][39]同時どうじ也為Windows 7和わWindows Server 2008 R2提供ていきょう原生げんせい驅動くどう程ほど式しき支援しえん（Windows 7與あずかWindows Server 2008 R2預あずか設しつらえ不ふ支援しえんNVMe，需由使用しよう者しゃ自じ行くだり下か載の獲え取ど）。[40]
除じょ了りょう微ほろ軟官方かた提供ていきょう的てき驅動くどう程ほど式しき以外いがい，OpenFabrics Alliance也有やゆう維護一套開放原始碼的NVMe驅動くどう程ほど式しき，使用しよう於Windows 7、8、8.1、10以及Windows Server 2008 R2、2012、2012 R2，這套驅動くどう程ほど式しき由よし數すう個こ加入かにゅう了りょうNVMe工作こうさく組ぐみ的てき公司こうし開發かいはつ，包括ほうかつIDT、英えい特とく爾なんじ以及LSI。[41] 目前もくぜん版本はんぽん為ため2016年ねん12月發布はっぷ的てき1.5。[42]

參まいり見み

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參考さんこう資料しりょう

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外部がいぶ連結れんけつ

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維基共ども享とおる資源しげん上うえ的てき相關そうかん多た媒體ばいたい資源しげん：NVM Express
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