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NVMe与SATA的存储技术比较

未来技术2018-12-05 14:43:27
 
公众号:Futureict
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闪存存储确实可以像其名称一样达到快速存储的要求,但其速度总是有一定的提升空间,特别是在数据中心。

在永无止境地追求更好、更快的存储性能的过程中,企业对于NVME技术越来越关注,NVME是一种闪存技术,可为固态硬盘(SSD)和应用的存储工作负载提供更高的性能。而这对串行ATA接口规范(SATA)意味着什么?

以下来了解一下NVMe 和SATA之间的争论,以及存储专家所了解的技术。

什么是NVMe?

NVM Express或Non-Volatile Memory Express是NVME的主机控制器接口规范,它使用PCI   Express(PCIe)总线将SSD硬盘连接到服务器。该技术由非营利行业协会NVM   Express公司开发,该公司由包括思科、戴尔、NetApp、希捷、西部数据在内的领先IT公司和存储提供商提供技术支持。

NVM   Express公司对其解释道:“该接口提供了一个优化的命令问题和完成路径,它支持并行操作,在单个I/O队列中支持多达64K的命令,此外,许多企业版本的功能还支持端到端的功能(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,以及虚拟化。”

NVMe解决了基于快速闪存的存储与传统数据传输技术相冲突时出现的瓶颈问题。

本质上,SSD硬盘的性能胜过专为机械磁盘而设计的存储接口和总线架构。使用强大的多核处理器和等待数据的内存堆保持服务器不完全是对IT投资的谨慎使用。

与SATA相比,NVMe能够以惊人的速度抽取数据,并以更低的延迟提供数据,从而提供活跃的性能,并使企业能够解决过去可能要求苛刻的存储工作负载。

在性能方面,NVMe改变了游戏规则,但它不能保证更快的闪存性能。在进行这次尝试之前,存储技术人员会想要做好功课,并且在技术上进行更大投入,以确保它非常适合他们的IT目标。他们可能会发现其他因素是应用程序的瓶颈并影响性能。

NVMe SSD硬盘可从包括英特尔、美光、三星、西部数据在内的多家供应商处获得。安装选项包括M.2和2.5英寸U.2,当然还有PCIe卡。

什么是SATA?

SATA或串行ATA接口规范,是用于连接SSD硬盘、机械硬盘驱动器(HDD)和光驱的并行ATA总线接口的后继产品。了解一些计算机硬件知识的人都会记得PATA连接中使用的扁平宽带状电缆,而不是易于处理的薄型SATA电缆。

但除了更易于管理的整洁布线之外,SATA还有更多特点。

自2000年SATA规范发布以来,该标准经历了许多性能提升修订。例如,SATA I或1.0,能够以高达150MB/s(兆字节每秒)的速率传输数据。SATA  III可以达到600MB/s的速度。

然后是2013年推出的3.2版本,该版本在SATA  Express连接器规格中同时支持SATA和PCIe,不要与eSATA或外部串行高级技术附件混淆,设计速度可达1969MB/s。尽管其性能参数令人印象深刻,业界已经大量采用SATA  Express。

SATA还支持热插拔,这意味着SATA存储设备可以插入已上电的系统中并从中正常运行,这是其前身PATA无法实现的。它还使用高级主机控制器接口(AHCI),该接口支持本地命令队列(NCQ),可提高性能的驱动器优化技术以及前面提到的热插拔功能。

该标准由SATA-IO或2004年组建的非盈利组织串行ATA国际组织维护。支持者包括AMD、Dell、HPE、Intel、Micron、Seagate和其他几家主要IT公司。

NVMe和SATA如何不同

这些存储缩略语背后存在重大差异,这有助于重塑企业数据存储市场。

● NVME:只有闪存需要适用

传统的机械硬盘运气不佳。随着机械硬盘的旋转盘片和驱动头扫描它们收集和存放所有那些数字,机械盘对闪存优化的接口来说太简单了。与此同时,SATA可以兼容SSD硬盘和HDD硬盘。

● 性能表现不佳

与其HDD硬盘相比,SATA固态硬盘可能拥有惊人的存储性能,但NVME固态硬盘得到了厂商大幅度的关注。

请记住,SATA  III最高存储速度可达600MB/s,但连接到此接口的SSD硬盘通常不会达到这一级别的数据吞吐量。而具有100MB/s的速度的7200转的SATA硬盘将会一直存在。

最近,三星公司推出了消费级NVMe固态硬盘,三星970 PRO NVMe和970 EVO NVMe。两种测试都能够达到3500   MB/s的读取速度。当向SSD硬盘写入数据时,970 PRO淘汰了970 EVO,其速度分别为2700 MB/s和2500 MB/s。

● 有利的相似之处

定义NVMe的另一个特点是其并行性。正如文章开头所述,NVMe具有队列深度,或每队列容量为64K的命令,更不用说支持高达64K的队列。SATA使用32个队列深度和一个命令队列。

通过在PCIe总线通道上并行实现大量IO(输入输出)操作,该方法非常适合多核处理,减少瓶颈,并保持数据流入和流出CPU。在存储方面,它与随机存取操作的闪存适应能力相匹配,从而实现整体快速性能。

● SATA经久耐用,并且经济

SATA技术已经很成熟,看起来它不会很快就会消失。随着时间的推移,SSD硬盘和HDD硬盘制造商都将继续支持具有更高容量驱动器的标准。它们通常比NVMe标准的产品价格更低。

最后,NVMe可能会过度使用。除了关键业务应用程序和交易繁琐的数据库之外,用户并不希望其应用程序利用该技术的高性能和功能而付出更高的成本。也就是说,最近NVMe价格已经进入SATA领域。

虽然NVMe的价格持续下跌,但有时会让SATA SSD硬盘获利,但SATA固态硬盘往往位居榜首。

以前面的三星970 PRO NVMe为例。截至目前,512 GB版本的消费级SSD硬盘零售价为249.99美元,而备受好评的三星860 Pro  2.5英寸SATA SSD硬盘售价为214.99美元。而其系统不能充分利用三星NVMe SSD硬盘性能的用户可能更适合使用SATA   SSD硬盘,可以节省一些成本。

正如IT买家所知道的,升级到企业级SSD硬盘是另一个竞争环境。通常,它们的真实成本作为系统配置的一部分而被掩盖了。无论如何,企业应该准备好支付数千美元用于配备多TB容量的NVMe驱动器,而SATA固态硬盘中在容量相同的情况下,则价格会低一些。

尽管如此,NVMe驱动器的价格溢价正在下降,这对企业希望能够从其存储空间中获得惊人的表现来说是一个很好的预兆。

采用NVMe或SATA?

显然,快速解决企业存储工作量的技术将在当今的一些数据中心运营商中应用。寻求更快速、更具响应能力的应用程序和数据库性能的组织将希望关注支持NVMe标准的存储市场。而不是将SATA包括在内。

预计在可预见的未来,NVMe标准将在数据中心环境内与SATA和SAS(串行连接SCSI)设备共存。它归结为实施分层存储策略,其中存储设备的成本和性能特征与存储在其上的数据的价值一致。

展望未来,还有其他迹象表明存储厂商正在进一步扩大NVMe和SATA之间的性能差距。英特尔公司就是一个很好的例子。虽然它销售基于闪存的NVMe  SSD硬盘,但该芯片制造商还将NVMe Optane SSD硬盘推向市场。

基于该公司3D  XPoint技术的Optane是一种持久性存储器或存储级存储器(SCM)解决方案,它将动态随机存取存储器(DRAM)的性能特性与闪存在电源中断时保留数据的能力相结合。3D  XPoint是由英特尔和美光联合开发的。

另外还有NVMe over Fabrics(NVMeoF)协议,它可以通过以太网、光纤通道和InfiniBand网络从服务器外部的NVMe  SSD硬盘提供超低延迟存储服务,从而模糊了内部和外部存储之间的界限。显然,未来几年,NVME市场将以更快的速度向前发展。

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