NVMe與SATA的存儲技術區別以及如何選擇

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，特別是在數據中心。

在永無止境地追求更好、更快的存儲性能的過程中，企業對于NVME技術越來越關注，NVME是一種閃存技術，可為固態硬盤(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。

什么是NVMe?

NVM Express或Non-Volatile Memory Express是NVME的主機控制器接口規范，它使用PCI Express(PCIe)總線將SSD硬盤連接到服務器。該技術由非營利行業協會NVM Express公司開發，該公司由包括思科、戴爾、NetApp、希捷、西部數據在內的領先IT公司和存儲提供商提供技術支持。

NVM Express公司對其解釋道：“該接口提供了一個優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，許多企業版本的功能還支持端到端的功能(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，以及虛擬化?！?/p>

NVMe解決了基于快速閃存的存儲與傳統數據傳輸技術相沖突時出現的瓶頸問題。

本質上，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。使用強大的多核處理器和等待數據的內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據，并以更低的延遲提供數據，從而提供活躍的性能，并使企業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，存儲技術人員會想要做好功課，并且在技術上進行更大投入，以確保它非常適合他們的IT目標。他們可能會發現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、西部數據在內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接口規范，是用于連接SSD硬盤、機械硬盤驅動器(HDD)和光驅的并行ATA總線接口的后繼產品。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規范發布以來，該標準經歷了許多性能提升修訂。例如，SATA I或1.0，能夠以高達150MB/s(兆字節每秒)的速率傳輸數據。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連接器規格中同時支持SATA和PCIe，不要與eSATA或外部串行高級技術附件混淆，設計速度可達1969MB/s。盡管其性能參數令人印象深刻，業界已經大量采用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中并從中正常運行，這是其前身PATA無法實現的。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)，可提高性能的驅動器優化技術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，這有助于重塑企業數據存儲市場。

?NVME：只有閃存需要適用

傳統的機械硬盤運氣不佳。隨著機械硬盤的旋轉盤片和驅動頭掃描它們收集和存放所有那些數字，機械盤對閃存優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。

?性能表現不佳

與其HDD硬盤相比，SATA固態硬盤可能擁有驚人的存儲性能，但NVME固態硬盤得到了廠商大幅度的關注。

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據吞吐量。而具有100MB/s的速度的7200轉的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硬盤寫入數據時，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，并保持數據流入和流出CPU。在存儲方面，它與隨機存取操作的閃存適應能力相匹配，從而實現整體快速性能。

?SATA經久耐用，并且經濟

SATA技術已經很成熟，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支持具有更高容量驅動器的標準。它們通常比NVMe標準的產品價格更低。

最后，NVMe可能會過度使用。除了關鍵業務應用程序和交易繁瑣的數據庫之外，用戶并不希望其應用程序利用該技術的高性能和功能而付出更高的成本。也就是說，最近NVMe價格已經進入SATA領域。

雖然NVMe的價格持續下跌，但有時會讓SATA SSD硬盤獲利，但SATA固態硬盤往往位居榜首。

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，可以節省一些成本。

正如IT買家所知道的，升級到企業級SSD硬盤是另一個競爭環境。通常，它們的真實成本作為系統配置的一部分而被掩蓋了。無論如何，企業應該準備好支付數千美元用于配備多TB容量的NVMe驅動器，而SATA固態硬盤中在容量相同的情況下，則價格會低一些。

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

采用NVMe或SATA?

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

預計在可預見的未來，NVMe標準將在數據中心環境內與SATA和SAS(串行連接SCSI)設備共存。它歸結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據的價值一致。

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據的能力相結合。3D XPoint是由英特爾和美光聯合開發的。

另外還有NVMe over Fabrics(NVMeoF)協議，它可以通過以太網、光纖通道和InfiniBand網絡從服務器外部的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展。