NVMe與SATA的存儲技術(shù)區(qū)別以及如何選擇

閃存存儲確實可以像其名稱一樣達到快速存儲的要求，但其速度總是有一定的提升空間，特別是在數(shù)據(jù)中心。

在永無止境地追求更好、更快的存儲性能的過程中，企業(yè)對于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)和應用的存儲工作負載提供更高的性能。而這對串行ATA接口規(guī)范(SATA)意味著什么?

以下來了解一下NVMe 和SATA之間的爭論，以及存儲專家所了解的技術(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硬盤連接到服務器。該技術(shù)由非營利行業(yè)協(xié)會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公司和存儲提供商提供技術(shù)支持。

NVM Express公司對其解釋道：“該接口提供了一個優(yōu)化的命令問題和完成路徑，它支持并行操作，在單個I/O隊列中支持多達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)完整性擴展]標準)、增強的錯誤報告，以及虛擬化?！?/p>

NVMe解決了基于快速閃存的存儲與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相沖突時出現(xiàn)的瓶頸問題。

本質(zhì)上，SSD硬盤的性能勝過專為機械磁盤而設計的存儲接口和總線架構(gòu)。使用強大的多核處理器和等待數(shù)據(jù)的內(nèi)存堆保持服務器不完全是對IT投資的謹慎使用。

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工作負載。

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。在進行這次嘗試之前，存儲技術(shù)人員會想要做好功課，并且在技術(shù)上進行更大投入，以確保它非常適合他們的IT目標。他們可能會發(fā)現(xiàn)其他因素是應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)的多家供應商處獲得。安裝選項包括M.2和2.5英寸U.2，當然還有PCIe卡。

什么是SATA?

SATA或串行ATA接口規(guī)范，是用于連接SSD硬盤、機械硬盤驅(qū)動器(HDD)和光驅(qū)的并行ATA總線接口的后繼產(chǎn)品。了解一些計算機硬件知識的人都會記得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。

自2000年SATA規(guī)范發(fā)布以來，該標準經(jīng)歷了許多性能提升修訂。例如，SATA I或1.0，能夠以高達150MB/s(兆字節(jié)每秒)的速率傳輸數(shù)據(jù)。SATA III可以達到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)格中同時支持SATA和PCIe，不要與eSATA或外部串行高級技術(shù)附件混淆，設計速度可達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存儲設備可以插入已上電的系統(tǒng)中并從中正常運行，這是其前身PATA無法實現(xiàn)的。它還使用高級主機控制器接口(AHCI)，該接口支持本地命令隊列(NCQ)，可提高性能的驅(qū)動器優(yōu)化技術(shù)以及前面提到的熱插拔功能。

該標準由SATA-IO或2004年組建的非盈利組織串行ATA國際組織維護。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)存儲市場。

?NVME：只有閃存需要適用

傳統(tǒng)的機械硬盤運氣不佳。隨著機械硬盤的旋轉(zhuǎn)盤片和驅(qū)動頭掃描它們收集和存放所有那些數(shù)字，機械盤對閃存優(yōu)化的接口來說太簡單了。與此同時，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性能，但NVME固態(tài)硬盤得到了廠商大幅度的關(guān)注。

請記住，SATA III最高存儲速度可達600MB/s，但連接到此接口的SSD硬盤通常不會達到這一級別的數(shù)據(jù)吞吐量。而具有100MB/s的速度的7200轉(zhuǎn)的SATA硬盤將會一直存在。

最近，三星公司推出了消費級NVMe固態(tài)硬盤，三星970 PRO NVMe和970 EVO NVMe。兩種測試都能夠達到3500 MB/s的讀取速度。當向SSD硬盤寫入數(shù)據(jù)時，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的另一個特點是其并行性。正如文章開頭所述，NVMe具有隊列深度，或每隊列容量為64K的命令，更不用說支持高達64K的隊列。SATA使用32個隊列深度和一個命令隊列。

通過在PCIe總線通道上并行實現(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，并保持數(shù)據(jù)流入和流出CPU。在存儲方面，它與隨機存取操作的閃存適應能力相匹配，從而實現(xiàn)整體快速性能。

?SATA經(jīng)久耐用，并且經(jīng)濟

SATA技術(shù)已經(jīng)很成熟，看起來它不會很快就會消失。隨著時間的推移，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)動器的標準。它們通常比NVMe標準的產(chǎn)品價格更低。

最后，NVMe可能會過度使用。除了關(guān)鍵業(yè)務應用程序和交易繁瑣的數(shù)據(jù)庫之外，用戶并不希望其應用程序利用該技術(shù)的高性能和功能而付出更高的成本。也就是說，最近NVMe價格已經(jīng)進入SATA領(lǐng)域。

雖然NVMe的價格持續(xù)下跌，但有時會讓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版本的消費級SSD硬盤零售價為249.99美元，而備受好評的三星860 Pro 2.5英寸SATA SSD硬盤售價為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，升級到企業(yè)級SSD硬盤是另一個競爭環(huán)境。通常，它們的真實成本作為系統(tǒng)配置的一部分而被掩蓋了。無論如何，企業(yè)應該準備好支付數(shù)千美元用于配備多TB容量的NVMe驅(qū)動器，而SATA固態(tài)硬盤中在容量相同的情況下，則價格會低一些。

盡管如此，NVMe驅(qū)動器的價格溢價正在下降，這對企業(yè)希望能夠從其存儲空間中獲得驚人的表現(xiàn)來說是一個很好的預兆。

采用NVMe或SATA?

顯然，快速解決企業(yè)存儲工作量的技術(shù)將在當今的一些數(shù)據(jù)中心運營商中應用。尋求更快速、更具響應能力的應用程序和數(shù)據(jù)庫性能的組織將希望關(guān)注支持NVMe標準的存儲市場。而不是將SATA包括在內(nèi)。

預計在可預見的未來，NVMe標準將在數(shù)據(jù)中心環(huán)境內(nèi)與SATA和SAS(串行連接SCSI)設備共存。它歸結(jié)為實施分層存儲策略，其中存儲設備的成本和性能特征與存儲在其上的數(shù)據(jù)的價值一致。

展望未來，還有其他跡象表明存儲廠商正在進一步擴大NVMe和SATA之間的性能差距。英特爾公司就是一個很好的例子。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。

基于該公司3D XPoint技術(shù)的Optane是一種持久性存儲器或存儲級存儲器(SCM)解決方案，它將動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)的性能特性與閃存在電源中斷時保留數(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)絡從服務器外部的NVMe SSD硬盤提供超低延遲存儲服務，從而模糊了內(nèi)部和外部存儲之間的界限。顯然，未來幾年，NVME市場將以更快的速度向前發(fā)展。