Non-Volatile Memory Express (NVMe) ist ein Speicherprotokoll, mit dem Benutzer High-Performance-Flash-basierte Solid-State-Laufwerke (SSD) optimal nutzen können. Es eignet sich gut für Multicore-Processing, und viele gleichzeitige I/O-Operationen können verarbeitet werden, was NVMe-SSDs in Datenspeicher- und Verarbeitungszentren sowie High-End-PCs für Gaming-Anwendungen äußerst beliebt gemacht hat.
Alle Speichergeräte benutzen ein Kommunikationsprotokoll zur Datenübertragung, und SSDs haben in der Vergangenheit das SATA-Schnittstellenprotokoll (Serial AT Attachment) verwendet. Das Protokoll wird auch für Festplatten (HDDs) verwendet, da SATA für Massenspeicher entwickelt wurde – einschließlich optischer Laufwerke.
In den letzten Jahren haben SSDs damit begonnen, das PCIe-Protokoll (Peripheral Component Interconnect Express) zu verwenden. Die meisten High-End-Computer verfügen über PCIe-Steckplätze, um diese mit GPU-, RAID- oder WiFi-Karten zu erweitern. In der Tat ist PCIe für Hochgeschwindigkeitsgeräte gedacht, die große Datenmengen erzeugen, während SATA eigentlich für Arbeiten mit geringerer Bandbreite gedacht ist.
Das PCIe-Protokoll basiert wie SATA auf serieller Datenübertragung. Oder besser gesagt, jede Spur ist für den seriellen Transfer. Diese Bahnen sind nicht synchronisiert, daher nehmen wir hier keine traditionelle parallele Kommunikation, was übrigens PCI ohne das „e“ ist.
Eine PCIe-Einzelspur ist schneller als SATA, da selbst die SATA-III-Spezifikation auf eine maximale Geschwindigkeit von 600 MB/s begrenzt ist. In Bezug auf Gen 2 PCIe können zwei Lanes bis zu 1 GB/s und vier bis zu 2 GB/s erreichen.
Wie bereits erwähnt, wird PCIe für NVM-basierte SSDs verwendet, wurde jedoch nicht speziell dafür entwickelt. NVMe hingegen ist die knappe Antwort, die wir geben, wenn wir gefragt werden: „PCIe versus NVMe?“ Schauen wir uns also NVMe im Detail an.
Das NVM Express Consortium, eine gemeinnützige Organisation, sagt:
NVMe ist von Grund auf darauf ausgelegt, Speicherzugriff mit hoher Bandbreite und geringer Latenz für aktuelle und zukünftige NVM-Technologien bereitzustellen.
Die Organisation sagt auch, dass die NVMe-Spezifikationsfamilie definiert, wie Host-Software mit NVM über mehrere Transportmittel, einschließlich PCIe, kommuniziert.
NVM Express listet die Standards wie folgt auf:
- Die NVMe-Spezifikation. Dies ist eine Registerschnittstelle und ein Befehlssatz für mit PCIe-Technologie verbundene Speicher mit branchenüblicher Software, die für zahlreiche Betriebssysteme verfügbar ist. NVMe gilt weithin als De-facto-Industriestandard für PCIe-SSDs.
- Spezifikation der NVMe-Verwaltungsschnittstelle (NVMe-MI). Dies ist der Befehlssatz und die Architektur für die Out-of-Band-Verwaltung von NVMe (z. B. Erkennen, Überwachen und Aktualisieren von NVMe-Geräten).
- NVMe over Fabrics (NVMe-oF)-Spezifikation. Dies ist eine Erweiterung von NVMe, die das Tunneln des NVM Express-Befehlssatzes über zusätzliche Transporte jenseits der PCIe-Architektur ermöglicht. Die NVMe-oF-Technologie erweitert die Vorteile einer effizienten Speicherarchitektur in großem Maßstab in den größten Rechenzentren der Welt, indem sie ermöglicht, dass sich dasselbe Protokoll über verschiedene Netzwerkschnittstellen erstreckt.
Wie bereits erwähnt, wurde NVMe speziell für SSD entwickelt und die Datenübertragung kann über PCIe erfolgen – d. h. NVMe ist im PCIe-Kartenformfaktor verfügbar.
Andere NVMe SSD Formfaktoren sind M.2 und U.2, letzteres ist nur in NVMe verfügbar. Es ist jedoch der PCIe-Formfaktor, der an der Zahlenfront abliefert. Ein PCIe Gen 4 kann, wenn 16 NVMe-Lanes genutzt werden, 32GB/s liefern.
NVMe ist im Vergleich zu einem SATA-Laufwerk mit gleicher Kapazität auch stromsparend – sowohl im Betrieb als auch insbesondere im Standby – und das macht die Making-Technologie für eingebettete Systeme sehr attraktiv. Wenn das System einen Hochgeschwindigkeitsspeicherzugriff und eine einfache Möglichkeit zur Aufrüstung (Zukunftssicherheit) benötigt, ist eine NVMe-SSD eine ernsthafte Alternative zu einer eingebetteten MultiMediaCard (eMMC). Und wir werden eMMC vs. SSD in einem zukünftigen Blog diskutieren.