存儲技術對比：NVMe與SATA孰強孰弱？

　　閃存的性能表現(xiàn)，可以說對得起它的名號了，但是它的速度還是有提升空間的，特別是在數據中心領域。

　　為了追求更快的存儲性能，企業(yè)對NVMe越來越感興趣。這是一項“閃存友好型”技術，可以極大地固態(tài)硬盤(SSD)的讀寫性能，提升其能力。那么，它對SATA來說意味著什么?

　　讓我們來看看專業(yè)人士都需要了解的，關于NVMe和SATA之間的“愛恨糾纏”。

　　NVMe是什么?

　　NVME是一個主機控制器接口規(guī)范，它使用PCI Express (PCIe)總線將SSD連接到服務器。這項技術是由NVM Express公司開發(fā)的。NVM Express是一家非盈利行業(yè)協(xié)會，得到了思科(Cisco)、戴爾(Dell)、NetApp、希捷(Seagate)和西部數據(Western Digital)等領先IT公司和存儲供應商的支持。

　　NVM Express公司解釋說:

　　“該接口提供了優(yōu)化的命令問題和完成路徑。它通過支持到設備的單個I/O隊列中的最多64K命令來支持并行操作。此外，還增加了對許多企業(yè)功能的支持，如端到端數據保護(兼容T10 DIF[數據完整性字段]和DIX[數據完整性擴展]標準)、增強的錯誤報告和虛擬化。”

　　NVMe解決了基于閃存的存儲與遺留數據傳輸技術發(fā)生沖突時出現(xiàn)的一個問題:瓶頸。

　　從本質上講，為磁盤而設計的存儲接口和總線結構已無法跟上SSD的腳步。當使用具備功能強大的多核處理器和大量RAM的服務器時，如果仍然要浪費大量時間等待數據傳輸，顯然不是一個明智的選擇。

　　NVMe拯救世界。與SATA相比，它可以以極快的速度和更低的延遲加載數據，提供快速的性能，并使企業(yè)能夠平滑運行曾經可能會隨時停頓的存儲工作負載。

　　在性能方面，NVMe是一個規(guī)則的改變者，但它無法擔保更快的閃存性能。在采取行動之前，存儲管理人員會希望完成他們的工作，并對技術進行改進，以確保它很適合他們的IT目標。他們可能會發(fā)現(xiàn)其他的因素是瓶頸效應和性能的影響。

　　NVMe SSD可從許多供應商處獲得，包括英特爾、美光、三星和西部數據。安裝選項包括M.2和2.5英寸的U.2，當然還有PCIe卡。

　　SATA是什么?

　　SATA(Serial Advanced Technology Attachment，串行高級技術附件)是用于連接ssd、硬盤驅動器(HDD)和光驅的PATA總線接口的繼承者。任何熟悉電腦的人都會記得，SATA接口的布線與PATA相比，更容易操作。

　　不過，除了更整潔、更易于管理的布線外，SATA的故事還有更多內容。

　　自從SATA在2000年問世以來，該標準經歷了多次性能改進。例如，SATA I或1.0能夠以高達15mb /s的速度傳輸數據。到SATA III，則可以達到600 MB/s的速度。

　　還有2013年推出的3.2修訂版，在SATA Express連接器規(guī)格(不要與eSATA混淆)中同時支持SATA和PCIe，其設計速度為1,969 MB/s。盡管紙面上看令人印象深刻，但行業(yè)在很大程度上跳過了SATA Express。

　　SATA還支持熱插拔，這意味著可以將SATA存儲設備插入或從系統(tǒng)中移除，系統(tǒng)通電后仍能正常運行，這是其前身PATA所不具備的功能。它還使用高級主機控制器接口(AHCI)接口，該接口允許使用本機命令隊列(NCQ)，這是一種提高性能的驅動器優(yōu)化技術，且提供前面提到的熱插拔功能。

　　該標準由2004年成立的非營利組織SATA- IO維持，支持者包括AMD、戴爾、惠普、英特爾、美光、希捷和其他許多大型IT公司。

　　NVMe和SATA有什么不同

　　在這些首字母縮略詞的背后，存在著顯著的差異，以重塑企業(yè)數據存儲環(huán)境。

　　·NVMe：只有閃存需要使用

　　傳統(tǒng)的HDD不在其列。機械磁盤對于閃存優(yōu)化接口來說是太慢了。不過，SATA可以同時應用于SSD和HDD。

　　·性能問題

　　SATA SSD的存儲性能可能比HDD的同類產品要好，但NVMe SSD可以明顯地超越它們。

　　SATA III以600 MB/s的理論速度運行，不過與此接口相連的SSD通常不能達到該水平的數據吞吐量。一個7200 RPM的SATA HDD，也只能達到SDD的一小部分，提供100MB/s的速度。

　　最近，三星發(fā)布了消費者級NVMe SSD，三星970 PRO NVMe和970 EVO NVMe。在測試中，兩者的讀取速度都達到了3500 MB/s。在向SSD寫入數據時，970 PRO超過970 EVO，速度分別為2,700 MB/s和2,500 MB/s。

　　·有利的并行性

　　定義NVMe的另一個特征是它的并行性。正如本文開頭所提到的，NVMe的隊列深度，或每個隊列命令容量為64K，甚至支持64K隊列。SATA只處理一個命令隊列，隊列深度為32。

　　通過在PCIe總線的通道上并行地啟用大量的IO(輸入/輸出)操作，這種方法可以很好地用于多核處理，減少瓶頸，并保持數據快速進出現(xiàn)代CPU。它與閃存在隨機訪問操作方面的資質相吻合，從而導致整體性能的快速提高。

　　·SATA是持久、經濟

　　SATA已經制定得很好了，看起來不會很快消失。

　　隨著時間的推移，SSD和HDD制造商都繼續(xù)支持高容量驅動器的標準。它們通常也比NVMe便宜。

　　最后，NVMe可能會有些過頭。除了業(yè)務關鍵型應用程序和事務密集型數據庫之外，對于那些不希望利用該技術的高性能功能的應用程序，用戶可能很難證明NVMe的成本是合理的。

　　NVMe和SATA將平價?

　　雖然NVMe的價格持續(xù)下跌，但SATA SSD通常會更低一些。

　　以之前的三星970 PRO NVMe為例。512 GB的消費級SSD版本零售價為249.99美元，而廣受好評的三星860 Pro 2.5英寸SATA SSD的零售價為214.99美元。如果用戶的系統(tǒng)不能充分利用三星的NVMe SSD，最好還是用SATA SSD省點錢。

　　正如IT采購者所知，上升到企業(yè)級的SSD則又是另一種競爭環(huán)境，而且價格問題可能更加明顯。通常，它們的真實成本被包含作為系統(tǒng)配置的一部分的事實掩蓋了。無論如何，企業(yè)應該考量清楚，是為一個多TB的NVMe驅動器支付數千美元，還是使用SATA SSD為同樣的容量支付更少的費用，當然性能會更差。

　　盡管如此，NVMe的價格仍在下降，這對那些希望通過存儲來提高業(yè)務能力的企業(yè)來說是一個很好的預兆。

　　NVMe還是SATA?

　　顯然，利用企業(yè)存儲工作負載快速業(yè)務的技術將在當今的數據中心運營商中找到支持者。尋求更快、響應更快的應用程序和數據庫性能的企業(yè)會繼續(xù)關注支持NVMe的系統(tǒng)的市場。

　　但別把SATA摘出來。

　　在可預見的未來，NVMe有望與SATA和SAS(串行連接的SCSI)設備共存，并在數據中心環(huán)境中共存。以便實現(xiàn)分層存儲策略，其中存儲設備的成本和性能特征與放置在其上的數據的值一致。

　　展望未來，還有其他跡象表明，存儲供應商正在尋求進一步擴大NVMe和SATA之間的性能鴻溝。英特爾就是一個很好的例子。盡管該公司出售基于閃存的NVMe SSD，但其也將NVMe 傲騰固態(tài)硬盤推向市場。

　　傲騰基于該公司的3D XPoint技術，是一種持久性內存或存儲類內存(SCM)解決方案，它將動態(tài)隨機存取內存(DRAM)的性能特性與閃存在斷電時保存數據的能力結合了起來。

　　然后還有NVMe over Fabrics (NVMeoF)協(xié)議，該協(xié)議允許從服務器外部的NVMe SSD，通過以太網、光纖通道和InfiniBand網絡提供超低延遲存儲服務，模糊了內部存儲和外部存儲之間的界限。顯然，未來幾年，NVMe市場將以比以往任何時候都快的速度向前發(fā)展。