存储技术对比 NVMe与SATA孰强孰弱

闪存的性能表现，可以说对得起它的名号了，但是它的速度还是有提升空间的，特别是在数据中心领域。

为了追求更快的存储性能，企业对NVMe越来越感兴趣。这是一项“闪存友好型”技术，可以极大地固态硬盘(SSD)的读写性能，提升其能力。那么，它对SATA来说意味着什么?让我们来看看专业人士都需要了解的，关于NVMe和SATA之间的“爱恨纠缠”。

NVME是一个主机控制器接口规范，它使用PCI Express (PCIe)总线将SSD连接到服务器。这项技术是由NVM Express公司开发的。NVM Express是一家非盈利行业协会，得到了思科(Cisco)、戴尔(Dell)、NetApp、希捷(Seagate)和西部数据(Western Digital)等领先IT公司和存储供应商的支持。

“该接口提供了优化的命令问题和完成路径。它通过支持到设备的单个I/O队列中的最多64K命令来支持并行操作。此外，还增加了对许多企业功能的支持，如端到端数据保护(兼容T10 DIF[数据完整性字段]和DIX[数据完整性扩展]标准)、增强的错误报告和虚拟化。”

NVMe解决了基于闪存的存储与遗留数据传输技术发生冲突时出现的一个问题:瓶颈。从本质上讲，为磁盘而设计的存储接口和总线结构已无法跟上SSD的脚步。当使用具备功能强大的多核处理器和大量RAM的服务器时，如果仍然要浪费大量时间等待数据传输，显然不是一个明智的选择。

NVMe拯救世界。与SATA相比，它可以以极快的速度和更低的延迟加载数据，提供快速的性能，并使企业能够平滑运行曾经可能会随时停顿的存储工作负载。

在性能方面，NVMe是一个规则的改变者，但它无法担保更快的闪存性能。在采取行动之前，存储管理人员会希望完成他们的工作，并对技术进行改进，以确保它很适合他们的IT目标。他们可能会发现其他的因素是瓶颈效应和性能的影响。NVMe SSD可从许多供应商处获得，包括英特尔、美光、三星和西部数据。安装选项包括M.2和2.5英寸的U.2，当然还有PCIe卡。

SATA(Serial Advanced Technology Attachment，串行高级技术附件)是用于连接ssd、硬盘驱动器(HDD)和光驱的PATA总线接口的继承者。任何熟悉电脑的人都会记得，SATA接口的布线与PATA相比，更容易操作。不过，除了更整洁、更易于管理的布线外，SATA的故事还有更多内容。

自从SATA在2000年问世以来，该标准经历了多次性能改进。例如，SATA I或1.0能够以高达15mb /s的速度传输数据。到SATA III，则可以达到600 MB/s的速度。还有2013年推出的3.2修订版，在SATA Express连接器规格(不要与eSATA混淆)中同时支持SATA和PCIe，其设计速度为1,969 MB/s。尽管纸面上看令人印象深刻，但行业在很大程度上跳过了SATA Express。

SATA还支持热插拔，这意味着可以将SATA存储设备插入或从系统中移除，系统通电后仍能正常运行，这是其前身PATA所不具备的功能。它还使用高级主机控制器接口(AHCI)接口，该接口允许使用本机命令队列(NCQ)，这是一种提高性能的驱动器优化技术，且提供前面提到的热插拔功能。

该标准由2004年成立的非营利组织SATA- IO维持，支持者包括AMD、戴尔、惠普、英特尔、美光、希捷和其他许多大型IT公司。在这些首字母缩略词的背后，存在着显著的差异，以重塑企业数据存储环境。传统的HDD不在其列。机械磁盘对于闪存优化接口来说是太慢了。不过，SATA可以同时应用于SSD和HDD。SATA SSD的存储性能可能比HDD的同类产品要好，但NVMe SSD可以明显地超越它们。

SATA III以600 MB/s的理论速度运行，不过与此接口相连的SSD通常不能达到该水平的数据吞吐量。一个7200 RPM的SATA HDD，也只能达到SDD的一小部分，提供100MB/s的速度。最近，三星发布了消费者级NVMe SSD，三星970 PRO NVMe和970 EVO NVMe。在测试中，两者的读取速度都达到了3500 MB/s。在向SSD写入数据时，970 PRO超过970 EVO，速度分别为2,700 MB/s和2,500 MB/s。

定义NVMe的另一个特征是它的并行性。正如本文开头所提到的，NVMe的队列深度，或每个队列命令容量为64K，甚至支持64K队列。SATA只处理一个命令队列，队列深度为32。

通过在PCIe总线的通道上并行地启用大量的IO(输入/输出)操作，这种方法可以很好地用于多核处理，减少瓶颈，并保持数据快速进出现代CPU。它与闪存在随机访问操作方面的资质相吻合，从而导致整体性能的快速提高。SATA已经制定得很好了，看起来不会很快消失。

随着时间的推移，SSD和HDD制造商都继续支持高容量驱动器的标准。它们通常也比NVMe便宜。最后，NVMe可能会有些过头。除了业务关键型应用程序和事务密集型数据库之外，对于那些不希望利用该技术的高性能功能的应用程序，用户可能很难证明NVMe的成本是合理的。

虽然NVMe的价格持续下跌，但SATA SSD通常会更低一些。以之前的三星970 PRO NVMe为例。512 GB的消费级SSD版本零售价为249.99美元，而广受好评的三星860 Pro 2.5英寸SATA SSD的零售价为214.99美元。如果用户的系统不能充分利用三星的NVMe SSD，最好还是用SATA SSD省点钱。

正如IT采购者所知，上升到企业级的SSD则又是另一种竞争环境，而且价格问题可能更加明显。通常，它们的真实成本被包含作为系统配置的一部分的事实掩盖了。无论如何，企业应该考量清楚，是为一个多TB的NVMe驱动器支付数千美元，还是使用SATA SSD为同样的容量支付更少的费用，当然性能会更差。

尽管如此，NVMe的价格仍在下降，这对那些希望通过存储来提高业务能力的企业来说是一个很好的预兆。显然，利用企业存储工作负载快速业务的技术将在当今的数据中心运营商中找到支持者。寻求更快、响应更快的应用程序和数据库性能的企业会继续关注支持NVMe的系统的市场。

在可预见的未来，NVMe有望与SATA和SAS(串行连接的SCSI)设备共存，并在数据中心环境中共存。以便实现分层存储策略，其中存储设备的成本和性能特征与放置在其上的数据的值一致。展望未来，还有其他迹象表明，存储供应商正在寻求进一步扩大NVMe和SATA之间的性能鸿沟。英特尔就是一个很好的例子。尽管该公司出售基于闪存的NVMe SSD，但其也将NVMe 傲腾固态硬盘推向市场。

傲腾基于该公司的3D XPoint技术，是一种持久性内存或存储类内存(SCM)解决方案，它将动态随机存取内存(DRAM)的性能特性与闪存在断电时保存数据的能力结合了起来。

然后还有NVMe over Fabrics (NVMeoF)协议，该协议允许从服务器外部的NVMe SSD，通过以太网、光纤通道和InfiniBand网络提供超低延迟存储服务，模糊了内部存储和外部存储之间的界限。显然，未来几年，NVMe市场将以比以往任何时候都快的速度向前发展。