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【SSD速度再爆发!延迟进一步降低】NVMe 1.4规范正式发布

NVM Express在日前正式发布了NVM Express(NVMe)1.4规范,该规范提供了更快、更简单、更容易扩展的技术,并进一步完善了NVMe技术,NVMe 1.4缓冲区的新特性降低了延迟和SSD设计的复杂性。

NVM Express Inc.是一家拥有100多名成员的非营利组织,专注于通过基于标准的方法实现高性能和低延迟非易失性內存储存的广泛生态系统采用。该组织提供了一个开放的NVMe规范和信息集合,以充分展示从移动到数据中心的各种计算环境中非易失性內存的优点。

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最新发布的NVMe 1.4版本中中增加的最重要的一个内容就是「IO determinism」,「IO determinism」主要包含两部分,一个是NVM Sets,而另一个是PLM(Predictable Latency Mode)。不同的NVM Set使用的物理资源可以是独立的,每个NVM Set可以包含多个channel多个die,不同的NVM Set读写,擦除等都是相互独立互不干扰,可以提供更好的QoS。

针对以往用户首次使用NVMe SSD前需要对其进行4K对齐的操作,NVMe 1.4标准中进行了相应的优化,支持NVMe 1.4协议的SSD可与主机系统进行通信,对储存扇区进行自动对齐的操作,并可以独立的进行Read、Write、Erase等操作,从而实现最好的读写性能。同时,利用这一特性系统还能根据与NVMe SSD通信的结果,来“明白”系统文件和数据文件的位置,以加快设备在访问不同区域的数据时的性能表现。

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NVMe 1.4支持IO Determinism,让主机将SSD视为许多小型的子SSD,并在每个子SSD上平行处理I/O

其次,NVMe 1.4标准还加入了Verify及Get LBA Status的命令,从而避免储存器性能受到数据纠错的影响。简单来说,若是系统发现读取NVMe SSD数据时存在错误的情况,则会运行verify的命令对存储数据进行低级格式化。从而在不影响储存器性能的情况下,尝试恢复或快速格式已出错的扇区。

而Get LBA Status命令,则是为储存器增加数据备份的功能。当系统发现某一扇区的数据存在问题时,会将此前备份好的副本重新写入到该扇区,以便系统能正常使用这部分数据。当用户在访问完这些数据后,SSD会自动将这部分受损扇区进行“屏蔽”,避免数据再次出错。

 

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PLM是IO determinism中另外一个组成部分,主要用于优化系统的读写延时,提高系统的QoS

最后,针对PCI-E NVMe SSD大都配备大容量缓存NAND Flash的设计,NVMe 1.4标准还增加了系统缓冲区的功能。NVMe SSD所内置的大容量缓存NAND Flash会写入RAM中储存的数据,以便在PC遭受突然断电时能存储下用户正在访问的数据。当PC重启后,便可通过读取NVMe SSD缓存中数据恢复此前的工作状态,避免意外造成的数据丢失。

NVMe 1.4进一步完善了旧有的NVMe技术,同时NVMe 1.4缓冲区的新特性则降低了延迟和SSD设计复杂性。基本上目前市面上常见的NVMe SSD以及最新推出支持PCIe 4.0的NVMe SSD,都是采用NVMe 1.3规范,因此可预期NVMe 1.4规范的推出,可进一步提升SSD的实际性能。

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