谈到出众的存储技术，NVMe 可谓独领风骚。看一眼，就会发现 NVMe 与 SATA 之间存在惊人的性能差别。NVMe 与 SATA 各自采用的通信驱动程序和接口完全不同，其中 SATA 采用的 AHCI 驱动程序是为采用旋转技术的机械硬盘设计的，而 NVMe 驱动程序专为采用闪存技术的固态硬盘设计。此外，NVMe 能够利用 PCIe 插槽，在存储接口与系统 CPU 之间进行通信，从而实现更高利用率。如果把这种对比关系看作运动赛事，就如同在比较 F1 比赛与超级房车赛。
乍看之下，两者速度都快，但对这两类固态硬盘做一番比较，就能发现差距所在。当您评估自己的需求、欲求和要求时，有必要了解这两者的差别。
串行 ATA (SATA) 技术在 2000 年推出，对当时的并行 ATA 技术进行了改进。PATA 在电缆尺寸、成本、性能和功能存在局限性。这两项技术足够机械硬盘 (HDD) 使用，机械硬盘的表现远远落后于今天的固态硬盘 (SSD)。后来出现基于 SATA 的固态硬盘，证明了 ATA 总线已达到性能极限。机械硬盘只能实现 50-120 MB/秒的写入速度，而固态硬盘能达到 550 MB/秒的 SATA 总线极限值。尽管存在总线限制，使用基于 SATA 的固态硬盘替代旧机械硬盘技术，整体系统性能通常会提升 10 至 15 倍。
高级主机控制器接口 (AHCI) 是在 2004 年前后推出的一种通信模式，用于改善由 SATA 连接的存储设备的性能和利用率。它专为机械硬盘设计，并引入一个存储请求队列，深度最高达到 32 条命令。这意味着机械硬盘可以实现更高的吞吐率和性能，但这种实现会成为未来固态硬盘控制器技术的瓶颈。例如，机械硬盘或许能够实现每秒 200 次输入/输出操作 (IOPS)，而基于 SATA 的固态硬盘高达 100,000 IOPS，其性能受到 SATA 总线的限制。
Non-Volatile Memory Express (NVMe) 技术在 2011 年推出，消除了 SATA 接口和通信协议的各种瓶颈。NVMe 技术利用 PCIe 总线，而不是 SATA 总线，可为存储设备释放巨大的带宽潜能。PCIe 4.0（最新版本）提供多达 32 个通道，理论上数据传输速度高达 64,000MB/秒，而 SATA III 规范最高为 600MB/秒。NVMe 规范还支持 65535 个命令队列，每个队列包含多达 65536 条命令。不要忘记，基于 SATA 的固态硬盘仅有一个队列，每个队列的深度仅为 32条命令。凭借更高的效率、性能以及在众多系统上的互操作性，NVMe 技术为存储设备创造了巨大潜力。人们普遍认为，这项技术将成为新的行业标准。
机械硬盘通常宽 2.5 或 3.5 英寸，多数基于 SATA 的固态硬盘宽 2.5 英寸、厚 7 毫米，而 NVMe 固态硬盘支持多种新的外形尺寸，可以安装到各种不同的设备上。
NVMe 是专为固态硬盘而设计的存储协议。随着 SATA HBA 中间层的消失，NVMe 支持固态硬盘通过 PCIe 总线直接与 CPU 通信，为实现突破性的性能提升创造了条件。客观上看，SATA III 总线的性能极限是 6Gb/秒，这意味着一块 SATA 固态硬盘在剔除开销后最高提供 550MB/秒的吞吐率。单个 PCIe 3.0 通道可以提供 1GB/秒（双向）的吞吐率，因此，PCIe 3x4 固态硬盘可以提供高达 4GB/秒读取/写入吞吐率。PCIe Gen 4X4 固态硬盘则高达 8GB/秒（双向）。在这种情况下，限制性能的因素从协议变成 NAND 介质，而这种介质近年来取得了巨大发展，让制造商能够将最高的密度和性能塞进最小的外形尺寸。
NVMe 也大幅降低了协议延迟，得益于经过缩短和优化的数据路径实现比 SATA/SAS 小的延迟。NVMe 设备中的队列管理也得到 CPU 更高效的处理，得益于 I/O 处理门铃信号发送机制大幅降低了 CPU 开销。此外，得益于过去十年的大规模开发工作，NVMe 设备也得到多数主要操作系统的支持。
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