基本介紹
- 中文名：NVM Express
- 外文名：Non Volatile Memory Host Controller Interface Specification
- 領域：計算機接口
簡介,背景,歷史,作業系統支持,9Front,Chrome OS,DragonFly BSD,FreeBSD,Haiku,illumos,iOS,Linux,NetBSD,OpenBSD,OS X/macOS,Solaris,VMware,Windows,參見,
簡介
NVM Express（NVMe），或稱非易失性記憶體主機控制器接口規範（英語：Non-VolatileMemoryHostControllerInterfaceSpecification，縮寫：NVMHCIS），是一個邏輯設備接口規範。它是與AHCI類似的、基於設備邏輯接口的匯流排傳輸協定規範（相當於通訊協定中的套用層），用於訪問通過PCI Express（PCIe）匯流排附加的非易失性存儲器介質（例如採用快閃記憶體的固態硬碟驅動器），雖然理論上不一定要求 PCIe 匯流排協定。
NVM代表非易失性存儲器（non-volatile memory）的首字母縮略字，這是固態硬碟（SSD）的常見的快閃記憶體形式。此規範主要是為基於快閃記憶體的存儲設備提供一個低延時、內部並發化的原生界面規範，也為現代CPU、計算機平台及相關套用提供原生存儲並發化的支持，令主機硬體和軟體可以充分利用固態存儲設備的並行化存儲能力。相比此前機械硬碟驅動器（HDD）時代的AHCI，NVMe/NVMHCI降低了I/O操作等待時間、提升同一時間內的運算元、更大容量的操作佇列等。
依託於PCIe匯流排，NVMe設備可適用於各種支持PCIe匯流排的物理插槽上，包括標準尺寸的PCIe擴展卡（一般是4個PCIe通道）、採用U.2物理連線界面（SFF-8639）的2.5英寸/3.5英寸標準尺寸固態硬碟驅動器、SATA Express匯流排（兼容於PCIe）的設備、M.2規格擴展卡等。
此規範由“Non-Volatile Memory Host Controller Interface Working Group”（非易失性存儲器主機控制器界面工作組）負責管理。
背景
歷史上，大多數SSD使用如SATA、SAS或光纖通道等接口與計算機接口的匯流排連線。隨著固態硬碟在大眾市場上的流行，SATA已成為個人計算機中連線SSD的最典型方式；但是，SATA的設計主要是作為機械硬碟驅動器（HDD）的接口，並隨著時間的推移越來越難滿足速度日益提高的SSD。隨著在大眾市場的流行，許多固態硬碟的數據速率提升已經放緩。不同於機械硬碟，部分SSD已受到SATA最大吞吐量的限制。
在NVMe出現之前，高端SSD只得以採用PCI Express匯流排製造，但需使用非標準規範的接口。若使用標準化的SSD接口，作業系統只需要一個驅動程式就能使用匹配規範的所有SSD。這也意味著每個SSD製造商不必用額外的資源來設計特定接口的驅動程式。
截至2014年9月，在光纖通道（FC）上使用NVMe的新標準也正在開發。
歷史
2009年Intel開始著手尋找SATA的替代方案。SATA作為串列接口，採用AHCI規範，其已經成為制約SSD速度的瓶頸。AHCI只有1個命令佇列，佇列深度32.而NVMe可以有65535個命令佇列，每個佇列都可以深達65536個命令。NVMe也充分使用了MSI的2048箇中斷向量優勢，延遲大大減小。
2011年有了1.0。最新的版本是1.2.1；最大頻寬為11.6Gbps，約為1200MB/s。
作業系統支持
9Front
2017年3月30日，NVMe驅動程式發布並供使用
Chrome OS
2015年2月24日，加入NVMe驅動至核心和引導載入程式，可從NVMe設備啟動Chrome OS
DragonFly BSD
DragonFly 4.6開始內置NVMe驅動程式
FreeBSD
Intel贊助開發的驅動程式已內置於FreeBSD的head、stable/9分支中。nvd(4)和nvme(4)驅動程式則是在10.2版FreeBSD中開始默認內置於其中。
Haiku
Haiku已有驅動開發時程，但是目前仍未完成
illumos
illumos於2014年10月15日獲得驅動程式支持
iOS
iOS 9開始支持，首款配備了NVMe接口的設備是iPhone 6S/6S Plus，也是首款採用NVMe的移動設備。物理接口和UFS相同的採用M-PHY PCIe。接下來Apple推出的iPad Pro和iPhone SE也採用了NVMe
Linux
NVMe的驅動程式最早是英特爾提供的，適用於Linux的核心驅動程式模組。這個模組在2012年3月19日集成到Linux核心的主線驅動程式當中，Linux核心3.3版開始內置支持而無需安裝額外模組。
2014年1月19日的Linux核心 3.13版開始，加入由Fusion-io開發的blk-multiqueue或稱blk-mq模組，是為“可變區塊層”（scalable block layer），用於NVMe SSD。This leverages the performance offered by SSDs and NVM Express, by allowing much higher I/O submission rates. With this new design of the Linux kernel block layer, internal queues are split into two levels (per-CPU and hardware-submission queues), thus removing bottlenecks and allowing much higher levels of I/O parallelization.
2015年4月12日發布的Linux核心 4.0版開始，VirtIO區塊層驅動程式，SCSI驅動層（與SATA驅動共用）、迴環設備驅動（loop device） UBI（unsorted block images）驅動（供快閃記憶體實現區塊擦寫管理）以及RBD驅動程式（which exportsCephRADOS objects as block devices）都被修改，以適應及適配越來越多的NVMe設備
NetBSD
NetBSD在2016年的開發版本中初步支持NVMe。OpenBSD則是在其6.0版時發布了NVMe的驅動程式。
OpenBSD
OpenBSD的NVMe驅動程式自2014年6月開始，由此前開發並發布USB、AHCI驅動程式的高級開發團隊負責。OpenBSD 6.0開始正式支持。
OS X/macOS
Mac OS X 10.10.3（OS X Yosemite）開始支持NVMe。蘋果公司的Retina MacBook和2016年發布MacBook Pro，配備了使用NVMe的PCIe SSD作為主硬碟驅動器使用。
Solaris
Solaris自Oracle Solaris 11.2開始支持NVMe。
VMware
英特爾發布了供VMWare使用的NVMe驅動程式，vSphere 6.0以及其後的版本中，均包含了該驅動程式，支持多種NVMe設備。在 vSphere 6 update 1 更新中，VMWare的VSAN軟體模擬的存儲子系統也開始支持NVMe設備。
Windows
微軟在Windows 8.1和Windows Server 2012 R2開始，原生支持NVMe設備。同時也為Windows 7和Windows Server 2008 R2提供原生驅動程式支持（需由用戶自行下載獲取）
除了微軟官方提供的驅動程式以外，OpenFabrics Alliance也有維護一套開放原始碼的NVMe驅動程式，使用於Windows 7、8、8.1、10以及Windows Server 2008 R2、2012、2012 R2，這套驅動程式由數個加入了NVMe工作組的公司開發，包括IDT、英特爾以及LSI。
參見
- 計算機設備頻寬列表
- M.2
