NVMe迎来2.0版本，机械硬盘也要支持NVMe了？

hytech · 发表于 2021-6-17 08:31:37

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作为被PCIe SSD广泛使用的接口规范，从诞生之初至今已经有了10年的历史。该规范的出现将硬盘的读写性能实现了质的飞跃，支持NVMe的 M.2 SSD已成了常见的存储介质，也是服务器、桌面与笔记本端常用的固态存储。

NVMe规范路线图 / NVMe
在10周年之际，NVM Express也发布了全新的2.0规范。从大体来看，NVMe 2.0并没有像之前的版本一样带来诸多功能更新，而且2.0的变化里，多数与消费级SSD无关，更多的是面向企业级的SSD应用，比如分区命名空间和Key-Value命令集等。

分区命名空间（ZNS）

NVMe SSD主要由SSD控制器、闪存空间以及PCIe接口构成，将闪存空间划分为若干个独立逻辑空间，每个空间逻辑块的地址范围为0到N-1，如此划分的每个逻辑空间就叫做命名空间。
而分区命名空间其实是去年就提出来的技术规范，它基于NVMe 1.4a版本，而2.0版本中将正式引用这一技术。该技术没有选择效仿SSD从硬盘和早期存储技术那继承来的传统区块设备模型，而是采用了一种截然不同的存储概念。
这一技术有些类似与SATA的SMR，“分区”后的SSD可以提供比常规SSD更好的性能，据给到的测试数据显示，该技术可以减少约10倍的OP预留空间，减少8倍的DRAM缓存需求。除此之外，ZNS还可以减少设备端的写入放大，从而改善吞吐量和延迟。
不过想要全面应用这一技术需要应用和操作系统的支持，目前Linux内核已经支持了这一存储技术，但要想在消费端看到这一技术的普及，可能还要等上一段时间。

NVM Sets和Endurance Groups管理

NVM存储分级 / NVMe
NVMe 1.4中引入了NVM Set和Endurance Group，但该规范中并没有说明如何创建和管理。一个NVM Set中可以创建多个命名空间，这些命名空间也将继承该集合的所有属性，而一个Endurance Group中又可以包含多个NVM Set。
NVMe 2.0则引入了全新的存储管理机制，该机制将支持灵活地创建和删除NVM Sets与Endurance Groups，从而对SSD的容量实现动态管理。当前SSD厂商供应的都是静态配置的产品，而该管理机制可以解决主机与驱动之间的分工需求，客户可以根据自己不同的用例来配置自己的SKU。

HDD机械硬盘的支持

最令人意外的莫过于NVMe 2.0引入了对旋转存储介质的支持，也就是HDD机械硬盘。如今7200转的机械硬盘并不能完全发挥SATA 3.0的性能。但存储技术仍在飞速发展期，未来的机械硬盘很可能需要SATA 3.0无法满足的带宽。
比如希捷最近正式推出的Exos 2X14企业级Mach.2机械硬盘就能达到524MB/s的速度，这一速度甚至可以挑战不少低端的SATA固态硬盘。Mach.2为多传动器的硬盘技术，两个独立传动器可同时传输数据，将硬盘的IOPS性能提升了一倍。
业内其实早就在开始推进机械硬盘支持NVMe这一进程，统一数据通信协议。在去年的OCP虚拟峰会上，希捷就对当前机械硬盘的现状和支持NVMe的好处进行了介绍，也向NVMe委员会提出了相关的技术建议。希捷认为，NVMe的HDD很可能会在两年之内实现。
而此次NVMe 2.0的面世将这这一愿景再度拉近了一些，要知道SATA 3.0这一接口已经十数年没有更新了。彻底抛弃这一接口将为诸多应用提供更多空间，留给那些更加高效的接口。