在永無止境地追求更好、更快的存儲(chǔ)性能的過程中，企業(yè)對(duì)于NVME技術(shù)越來越關(guān)注，NVME是一種閃存技術(shù)，可為固態(tài)硬盤(SSD)和應(yīng)用的存儲(chǔ)工作負(fù)載提供更高的性能。而這對(duì)串行ATA接口規(guī)范(SATA)意味著什么?
以下來了解一下NVMe 和SATA之間的爭(zhēng)論，以及存儲(chǔ)專家所了解的技術(shù)。
什么是NVMe?
NVM Express或Non-Volatile Memory Express是NVME的主機(jī)控制器接口規(guī)范，它使用PCI Express(PCIe)總線將SSD硬盤連接到服務(wù)器。該技術(shù)由非營(yíng)利行業(yè)協(xié)會(huì)NVM Express公司開發(fā)，該公司由包括思科、戴爾、NetApp、希捷、西部數(shù)據(jù)在內(nèi)的領(lǐng)先IT公司和存儲(chǔ)提供商提供技術(shù)支持。
NVM Express公司對(duì)其解釋道：“該接口提供了一個(gè)優(yōu)化的命令問題和完成路徑，它支持并行操作，在單個(gè)I/O隊(duì)列中支持多達(dá)64K的命令，此外，許多企業(yè)版本的功能還支持端到端的功能(兼容T10 DIF [數(shù)據(jù)完整性字段]和DIX [數(shù)據(jù)完整性擴(kuò)展]標(biāo)準(zhǔn))、增強(qiáng)的錯(cuò)誤報(bào)告，以及虛擬化。”
NVMe解決了基于快速閃存的存儲(chǔ)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相沖突時(shí)出現(xiàn)的瓶頸問題。
本質(zhì)上，SSD硬盤的性能勝過專為機(jī)械磁盤而設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)接口和總線架構(gòu)。使用強(qiáng)大的多核處理器和等待數(shù)據(jù)的內(nèi)存堆保持服務(wù)器不完全是對(duì)IT投資的謹(jǐn)慎使用。
與SATA相比，NVMe能夠以驚人的速度抽取數(shù)據(jù)，并以更低的延遲提供數(shù)據(jù)，從而提供活躍的性能，并使企業(yè)能夠解決過去可能要求苛刻的存儲(chǔ)工作負(fù)載。
在性能方面，NVMe改變了游戲規(guī)則，但它不能保證更快的閃存性能。在進(jìn)行這次嘗試之前，存儲(chǔ)技術(shù)人員會(huì)想要做好功課，并且在技術(shù)上進(jìn)行更大投入，以確保它非常適合他們的IT目標(biāo)。他們可能會(huì)發(fā)現(xiàn)其他因素是應(yīng)用程序的瓶頸并影響性能。
NVMe SSD硬盤可從包括英特爾、美光、三星、西部數(shù)據(jù)在內(nèi)的多家供應(yīng)商處獲得。安裝選項(xiàng)包括M.2和2.5英寸U.2，當(dāng)然還有PCIe卡。
什么是SATA?
SATA或串行ATA接口規(guī)范，是用于連接SSD硬盤、機(jī)械硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDD)和光驅(qū)的并行ATA總線接口的后繼產(chǎn)品。了解一些計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)的人都會(huì)記得PATA連接中使用的扁平寬帶狀電纜，而不是易于處理的薄型SATA電纜。
但除了更易于管理的整潔布線之外，SATA還有更多特點(diǎn)。
自2000年SATA規(guī)范發(fā)布以來，該標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了許多性能提升修訂。例如，SATA I或1.0，能夠以高達(dá)150MB/s(兆字節(jié)每秒)的速率傳輸數(shù)據(jù)。SATA III可以達(dá)到600MB/s的速度。
然后是2013年推出的3.2版本，該版本在SATA Express連接器規(guī)格中同時(shí)支持SATA和PCIe，不要與eSATA或外部串行高級(jí)技術(shù)附件混淆，設(shè)計(jì)速度可達(dá)1969MB/s。盡管其性能參數(shù)令人印象深刻，業(yè)界已經(jīng)大量采用SATA Express。
SATA還支持熱插拔，這意味著SATA存儲(chǔ)設(shè)備可以插入已上電的系統(tǒng)中并從中正常運(yùn)行，這是其前身PATA無法實(shí)現(xiàn)的。它還使用高級(jí)主機(jī)控制器接口(AHCI)，該接口支持本地命令隊(duì)列(NCQ)，可提高性能的驅(qū)動(dòng)器優(yōu)化技術(shù)以及前面提到的熱插拔功能。
該標(biāo)準(zhǔn)由SATA-IO或2004年組建的非盈利組織串行ATA國(guó)際組織維護(hù)。支持者包括AMD、Dell、HPE、Intel、Micron、Seagate和其他幾家主要IT公司。
NVMe和SATA如何不同
這些存儲(chǔ)縮略語背后存在重大差異，這有助于重塑企業(yè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)市場(chǎng)。
•NVME：只有閃存需要適用
傳統(tǒng)的機(jī)械硬盤運(yùn)氣不佳。隨著機(jī)械硬盤的旋轉(zhuǎn)盤片和驅(qū)動(dòng)頭掃描它們收集和存放所有那些數(shù)字，機(jī)械盤對(duì)閃存優(yōu)化的接口來說太簡(jiǎn)單了。與此同時(shí)，SATA可以兼容SSD硬盤和HDD硬盤。
•性能表現(xiàn)不佳
與其HDD硬盤相比，SATA固態(tài)硬盤可能擁有驚人的存儲(chǔ)性能，但NVME固態(tài)硬盤得到了廠商大幅度的關(guān)注。
請(qǐng)記住，SATA III最高存儲(chǔ)速度可達(dá)600MB/s，但連接到此接口的SSD硬盤通常不會(huì)達(dá)到這一級(jí)別的數(shù)據(jù)吞吐量。而具有100MB/s的速度的7200轉(zhuǎn)的SATA硬盤將會(huì)一直存在。
最近，三星公司推出了消費(fèi)級(jí)NVMe固態(tài)硬盤，三星970 PRO NVMe和970 EVO NVMe。兩種測(cè)試都能夠達(dá)到3500 MB/s的讀取速度。當(dāng)向SSD硬盤寫入數(shù)據(jù)時(shí)，970 PRO淘汰了970 EVO，其速度分別為2700 MB/s和2500 MB/s。
•有利的相似之處
定義NVMe的另一個(gè)特點(diǎn)是其并行性。正如文章開頭所述，NVMe具有隊(duì)列深度，或每隊(duì)列容量為64K的命令，更不用說支持高達(dá)64K的隊(duì)列。SATA使用32個(gè)隊(duì)列深度和一個(gè)命令隊(duì)列。
通過在PCIe總線通道上并行實(shí)現(xiàn)大量IO(輸入輸出)操作，該方法非常適合多核處理，減少瓶頸，并保持?jǐn)?shù)據(jù)流入和流出CPU。在存儲(chǔ)方面，它與隨機(jī)存取操作的閃存適應(yīng)能力相匹配，從而實(shí)現(xiàn)整體快速性能。
•SATA經(jīng)久耐用，并且經(jīng)濟(jì)
SATA技術(shù)已經(jīng)很成熟，看起來它不會(huì)很快就會(huì)消失。隨著時(shí)間的推移，SSD硬盤和HDD硬盤制造商都將繼續(xù)支持具有更高容量驅(qū)動(dòng)器的標(biāo)準(zhǔn)。它們通常比NVMe標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品價(jià)格更低。
最后，NVMe可能會(huì)過度使用。除了關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用程序和交易繁瑣的數(shù)據(jù)庫之外，用戶并不希望其應(yīng)用程序利用該技術(shù)的高性能和功能而付出更高的成本。也就是說，最近NVMe價(jià)格已經(jīng)進(jìn)入SATA領(lǐng)域。
| NVMe | SATA | |
| 接口 | 僅在閃存環(huán)境中使用 | 兼容SSD和HDD硬盤D |
| 性能 | 每個(gè)命令的隊(duì)列深度容量為64k 并支持64k隊(duì)列隊(duì) |
深度容量為32k，單命令隊(duì)列 |
| 應(yīng)用案例 | 適用于業(yè)務(wù)關(guān)鍵應(yīng)用程序和事務(wù)重?cái)?shù)據(jù)庫 | 非常適用于高容量、低可用性和順序讀取。 |
| 成本 | 成本較高，但價(jià)格下降 | 通常比NVMe成本低 |
雖然NVMe的價(jià)格持續(xù)下跌，但有時(shí)會(huì)讓SATA SSD硬盤獲利，但SATA固態(tài)硬盤往往位居榜首。
以前面的三星970 PRO NVMe為例。截至目前，512 GB版本的消費(fèi)級(jí)SSD硬盤零售價(jià)為249.99美元，而備受好評(píng)的三星860 Pro 2.5英寸SATA SSD硬盤售價(jià)為214.99美元。而其系統(tǒng)不能充分利用三星NVMe SSD硬盤性能的用戶可能更適合使用SATA SSD硬盤，可以節(jié)省一些成本。
正如IT買家所知道的，升級(jí)到企業(yè)級(jí)SSD硬盤是另一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境。通常，它們的真實(shí)成本作為系統(tǒng)配置的一部分而被掩蓋了。無論如何，企業(yè)應(yīng)該準(zhǔn)備好支付數(shù)千美元用于配備多TB容量的NVMe驅(qū)動(dòng)器，而SATA固態(tài)硬盤中在容量相同的情況下，則價(jià)格會(huì)低一些。
盡管如此，NVMe驅(qū)動(dòng)器的價(jià)格溢價(jià)正在下降，這對(duì)企業(yè)希望能夠從其存儲(chǔ)空間中獲得驚人的表現(xiàn)來說是一個(gè)很好的預(yù)兆。
采用NVMe或SATA?
顯然，快速解決企業(yè)存儲(chǔ)工作量的技術(shù)將在當(dāng)今的一些數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商中應(yīng)用。尋求更快速、更具響應(yīng)能力的應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫性能的組織將希望關(guān)注支持NVMe標(biāo)準(zhǔn)的存儲(chǔ)市場(chǎng)。而不是將SATA包括在內(nèi)。
預(yù)計(jì)在可預(yù)見的未來，NVMe標(biāo)準(zhǔn)將在數(shù)據(jù)中心環(huán)境內(nèi)與SATA和SAS(串行連接SCSI)設(shè)備共存。它歸結(jié)為實(shí)施分層存儲(chǔ)策略，其中存儲(chǔ)設(shè)備的成本和性能特征與存儲(chǔ)在其上的數(shù)據(jù)的價(jià)值一致。
展望未來，還有其他跡象表明存儲(chǔ)廠商正在進(jìn)一步擴(kuò)大NVMe和SATA之間的性能差距。英特爾公司就是一個(gè)很好的例子。雖然它銷售基于閃存的NVMe SSD硬盤，但該芯片制造商還將NVMe Optane SSD硬盤推向市場(chǎng)。
基于該公司3D XPoint技術(shù)的Optane是一種持久性存儲(chǔ)器或存儲(chǔ)級(jí)存儲(chǔ)器(SCM)解決方案，它將動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)的性能特性與閃存在電源中斷時(shí)保留數(shù)據(jù)的能力相結(jié)合。3D XPoint是由英特爾和美光聯(lián)合開發(fā)的。
另外還有NVMe over Fabrics(NVMeoF)協(xié)議，它可以通過以太網(wǎng)、光纖通道和InfiniBand網(wǎng)絡(luò)從服務(wù)器外部的NVMe SSD硬盤提供超低延遲存儲(chǔ)服務(wù)，從而模糊了內(nèi)部和外部存儲(chǔ)之間的界限。顯然，未來幾年，NVME市場(chǎng)將以更快的速度向前發(fā)展。
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