本供应商编写的技术入门书由集成设备技术公司企业计算部门市场营销高级总监代表NVMe推广小组提交。NVMe由Cisco、Dell、EMC、IDT、Intel、Micron、NetApp、Oracle、SandForce和STEC提供支持。读者应该注意到这有利于NVMe的方法。
基于闪存固态磁盘（固态硬盘），提供更快的随机存取，比机电驱动器的数据传输速率，今天就能经常作为旋转磁盘的替代，但主机接口到SSD仍然是一个性能瓶颈。PCI快递（PCIe）的固态硬盘的基于连同新兴的标准叫做NVMe（非易失性存储器快递）承诺解决接口瓶颈。
固态硬盘如今被证明是有用的，但一旦新的NVMe标准成熟，公司提供的集成电路能够使固态硬盘与主机处理器更紧密地耦合，固态硬盘将得到更广泛的应用。
手头真正的问题是存储技术，可以在过去的二十年匹配处理器性能的指数斜的需要。芯片制造商继续斜坡单独的处理器内核的性能，多核在一个IC组合，并开发新技术，可以在多处理器系统紧密地连接多个芯片。最终，所有在这种情况下需要访问同一个存储子系统的内核。
企业IT经理们迫切希望利用多处理器系统，因为它们有可能提高系统每秒可处理的I/O操作数（IOPS）和功耗中的每瓦特IOPS数（IOPS/W）。相对于成本和功耗，新处理器提供了更好的IOPS——假设处理元素能够及时访问数据。主动处理器等待数据会浪费时间和金钱。
存储层次结构
当然，在一个最终将代码和数据提供给每个处理器核心的系统中，有多个级别的存储技术。一般来说，每个核心都包含以核心速度运行的本地缓存。一个芯片中的多个核心共享一个二级缓存，有时也共享一个三级缓存。而德拉姆则为这些藏匿处提供食物。DRAM和cache的访问时间和数据传输性能已根据处理器性能进行了调整。
从访问时间和数据速率上看，DRAM和旋转存储之间存在性能差距。磁盘驱动器供应商在设计和制造高容量、低成本的每GB磁盘驱动器方面做了大量工作。但是，驱动器在访问数据的速度以及将数据传输到DRAM的速度方面都有固有的限制。
访问时间取决于硬盘驱动器在磁盘上所需数据轨迹上移动读磁头的速度，以及数据所在扇区在磁头下移动的旋转延迟。最大传输速率由磁盘的转速和数据编码方案决定，它们共同决定了每秒从磁盘读取的字节数。
硬盘驱动器在阅读和传送连续的数据进行比较好。但是随机寻道操作增加延迟。即使顺序读取操作无法比拟的最新处理器的数据胃口。
同时，执行在线交易处理，例如金融交易，并在挖掘数据的企业系统应用例如客户关系管理需要对数据的高度随机访问。云计算也有一个随机元素，并且随机问题通常随着诸如虚拟化扩展应用范围一个系统在任何时候都是活动的。每一微秒的延迟都直接与处理器的资金损失、低效率使用以及系统消耗的能量有关。
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幸运的是，闪存提供堵塞DRAM和旋转存储之间的性能差距的潜力。Flash是比DRAM，但提供每GB存储成本更低更慢。那成本比磁盘存储更昂贵，但企业会很乐意支付的保险费，因为闪光灯也提供MB /秒的条件更好的吞吐量和更快的获得随机数据，从而更好地成本每IOPS比旋转存储。
增加的闪存容量和合理的成本，导致固态硬盘的发展趋势，在磁盘驱动器般的外形封装闪存。另外，SSD的已最经常使用的磁盘驱动器的接口，如SATA（串行ATA）或SAS（串行连接SCSI）.
现在的固态硬盘使用磁盘接口
盘驱动器形状因数和接口允许IT厂商无缝替换一个SSD为磁盘驱动器。有没有在系统硬件或驱动程序软件所需的变化。你可以简单地换SSD中，实现更好的显著访问时间和稍快的数据传输速率。
但是，磁盘驱动器接口并不适合基于闪存的存储。Flash可以支持比最新一代磁盘接口更高的数据传输速率。此外，SSD制造商可以在2.5英寸的外形中封装足够的闪存设备，以轻松超过为磁盘驱动器开发的电源配置文件。
让我们更仔细地检查一下磁盘接口。目前大多数主流系统都使用第二代SATA和SAS接口（称为3Gbps接口），它们提供300MB/sec的传输速率。第三代SATA和SAS将此速率推送到600MB/秒，基于这些接口的驱动器已经在企业系统中得到了应用。
虽然这些数据速率支持最快的机电驱动，但新的南德闪存架构和多模闪存封装提供的闪存总带宽超过了SATA和SAS互连的吞吐量能力。简而言之，SSD性能瓶颈已经从闪存设备转移到主机接口。为了充分利用闪存，业界需要更快的主机互连。
通过将SSD直接连接到PCIe主机总线，PCIe主机接口可以克服此存储性能瓶颈并提供无与伦比的性能。例如，将于2012年批量发布的4通道（x4）PCIe第3代（G3）链路可以提供4GB/s的数据速率。此外，直接的PCIe连接可以降低系统功率，并减少由于传统存储基础架构造成的延迟。
的PCIe，得到所需的存储带宽
显然，像PCIe这样的接口可以处理多通道flash存储子系统的带宽，并且可以提供额外的性能优势。使用磁盘接口的ssd也会受到处理磁盘I/O的存储控制器IC所增加的延迟。PCIe设备直接连接到主机总线，消除了与传统存储基础结构相关联的体系结构层。由于PCIe ssd的优异性能，顶级oem将PCIe ssd放置在服务器和存储阵列中，以构建分层存储系统，从而加快应用程序的速度，同时提高每IOPS的成本。
将存储移动到PCIe链路给系统设计人员带来了额外的挑战。如前所述，基于SATA和SAS的SSD产品保持了软件兼容性，一些系统设计师不愿意放弃这一优势。任何PCIe存储实现都需要一些新的驱动程序软件。
尽管存在软件问题，但迁移到PCIe存储的操作已经开始。企业中的性能需求要求进行这种转换。没有其他明显的方法可以提供IT经理要求的改进IOPS、IOPS/W和IOPS/美元特性。
使用PCIe作为存储互连的好处是显而易见的。您可以实现超过吞吐量相对于SATA或SAS五倍的数据。您可以消除部件如SATA和SAS接口的主机总线适配器和SERDES芯片 - 节省金钱和权力在系统级。和PCIe移动存储在处理器附近的减少延迟。
因此，业界面临的问题并不是真的要使用PCIe连接闪存，而是如何连接。有些早期产品已经上市，有很多选择。
权宜之计的PCIe SSD实现
最简单的实现可以利用现有的闪存控制器集成电路，虽然能够控制内存读写操作，但不支持系统I/O的概念。在现有的基于SATA或SAS的固态硬盘产品中，此类闪存控制器通常在磁盘接口IC后面工作。
另外，您也可以在主处理器上运行闪存管理软件跨越的PCIe互连，使一个简单的闪存控制器功能。这种方法是不理想的。首先，它会消耗主机处理和理想将处理更多的IOPS内存资源。其次，它需要专用的驱动程序，并提出了OEM资格的问题。第三，因为系统必须启动的闪存管理软件来执行和实现存储方案，它并没有提供一个可引导驱动器。第四，这样的结构是不是不断增加的系统资源需求可扩展所致。
显然，在短期内，这些设计将找到利基成功。今天，这些产品主要被用作硬盘驱动器的缓存，而不是高性能磁盘驱动器的主流替代品。
从长远来看，一个更加健壮和高效的PCIe SSD设计将依赖于本机支持PCIe的复杂SoC，它集成了flash控制器功能，并且完全实现了存储设备的概念。这样的产品将减轻处理闪存管理的主机CPU和内存的负担，并最终启用支持即插即用操作的标准操作系统驱动程序，就像我们现在使用的SATA和SAS一样。
事实上，NVMe标准最终将用于PCIe连接的固态硬盘提供的插件和播放功能。该NVMe 1.0规范，从整个行业的80多家公司合作开发，于2011年3月由NVMHCI工作组发布了 - 现在更普遍被称为NVMe工作组。
该规范为PCIe ssd定义了优化的寄存器接口、命令集和功能集。其目标是帮助广泛采用基于PCIe的SSD，并提供一个可扩展的接口，以实现SSD技术现在和将来的性能潜力。NVMe 1.0规范可以从www.nvmexpress.org网站.
该NVMe规范是专为与能够指使I / O操作的每个线程并发运行的多个线程的多核系统设计最优化。事实上，它只是IT经理都希望能充分利用，以提高IOPS的方案进行了优化。NVMe规范可支持多达64k的I / O队列，多达64k命令每个队列。每个处理器核心可以实现自己的队列。
2011年6月，NVMe发起人小组成立，以便广泛采用用于PCIe ssd的NVMe标准。七位业界领袖将在董事会中占据永久席位：思科、戴尔、EMC、IDT、英特尔、NetApp和Oracle。另外六个席位将从作为NVMHCI工作组成员的公司中选出。
还有NVMe成为之前的主流技术，而是一个范围行业参与者之间的广泛支持，几乎可以保证，该技术将成为高性能SSD互连标准工作要做。支持者包括IC制造商，闪存制造商，操作系统供应商，服务器制造商、存储子系统制造商和网络设备制造商。
在接下来的12到18个月里，随着大多数流行操作系统的驱动程序的出现，预计NVMe支持的部分将会到位。此外，公司还将提供启用NVMe所需的SoC企业级闪存控制器。
外形为PCIe固态硬盘
NVMe标准没有涉及ssd的形式因素，这是另一个正在通过另一个工作组解决的问题。
在企业级存储中，磁盘驱动器和ssd等设备通常可以从外部访问并支持热插拔功能。在某种程度上，热插拔功能是必需的，因为磁盘驱动器本质上是机械式的，并且通常比集成电路故障更早。热插拔功能允许轻松更换出现故障的驱动器。
使用ssd，IT经理和存储供应商将希望使用一种外部可访问的模块化方法。这种方法支持通过添加ssd或用更大容量的ssd替换现有ssd来轻松添加存储容量。
事实上，已经成立了另一个标准机构来解决形式因素问题。这个固态硬盘外形尺寸工作组专注于将PCIe提升为SSD互连。该工作组由戴尔、EMC、富士通、IBM和英特尔等五家发起人组成。
该形状因子组2010年秋季开始，重点在三个方面：
•支持PCIe和SAS/SATA的连接器规格。
•基于当前2.5英寸标准的形状系数，同时支持新的连接器定义，并扩展功率包络线以支持更高的性能。
•支持热插拔功能。
所有的构建块都已就位，以便更广泛地使用PCIe连接的ssd，并实现该技术将为企业应用程序带来的性能改进。而且，虽然重点已经更多地放在了企业上，NVMe标准肯定也会逐渐应用到客户机系统上，在降低成本和系统功耗的同时，甚至在笔记本电脑上也能提供性能提升。该标准将推动PCIe SSD技术的更广泛应用，因为兼容的ic和驱动程序即将实现。