Ситуацию улучшило появление PCIe, однако на начальном этапе внедрения PCIe SSD не использовались единые стандарты. Это осложняло масштабирование системы, что также тормозило массовое внедрение нового стандарта. Возникла необходимость разработки единого стандарта, который бы позволил использовать все преимущества SSD-накопителя. Таким интерфейсом стал NVMe, который быстро завоевал популярность и сегодня используется практически во всех твердотельных накопителях.
Аббревиатура расшифровывается как Non-Volatile Memory Express. Протокол изначально разрабатывался для дисков SSD, использующих для подключения шину PCIe. Достижение более высокой скорости передачи данных обеспечивается несколькими факторами.
В первую очередь это обеспечивается за счет глубины очереди и использования параллелизма. SATA SSD способен функционировать только с одной очередью с максимальной глубиной 32 команды. NVMe способен полноценно обслуживать до 65 тысяч очередей с аналогичным числом команд.
В качестве примера работы SATA SSD можно привести очень большой супермаркет, в котором только одна касса, которая и задает скорость обслуживания клиентов. Новая технология – это установка 65 тысяч таких же касс. Естественно, на текущем этапе развития накопителей такое количество очередей не востребовано, но дает возможность обеспечить значительный запас скорости. Увеличить скорость работы также позволяет использование прерываний для обработки команд с высоким приоритетом.
Протокол NVMe также позволяет контролировать несколько очередей разными ядрами процессора – управлять механизмом арбитража и настраивать приоритеты.
Также из пути передачи данных исключен контроллер SATA, который необходим для устройств, использующих протокол AHCI. NVMe способен напрямую взаимодействовать с процессором, что резко увеличивает показатель IOPS (количество операций ввода/вывода в секунду). У AHCI данный параметр не превышает 100 тысяч IOPS, у NVMe – более 1 миллиона.
NVMe также ускоряет обмен данными с ОЗУ при небольших объемах данных. Предыдущие протоколы инициировали две операции, NVMe обходится одним запросом при использовании блоков по 4 Кбайт.
Создание протокола NVMe и использование интерфейса PCIe позволило значительно увеличить максимальную скорость передачи данных в SSD-накопителях. Если SATA SSD имеет ограничение в 560 Мбайт/сек (последовательный доступ к памяти), то у NVMe SSD скорость в несколько раз выше. К примеру, WD Black WDS100T3X0C обеспечивает скорость записи до 3 Гбайт/сек (последовательное чтение – до 3,47 Гбайт/сек).