NVM Express(NVMe)1.4規範發佈SSD速度再爆發延遲進一步降低 @ John pan

NVM Express在日前正式發佈了NVM Express( NVMe ) 1.4 規範，該規範提供了更快、更簡單、更容易擴展的技術，並進一步完善了 NVMe 技術，NVMe 1.4 緩衝區的新特性降低了延遲和 SSD 設計的複雜性。

NVM Express Inc. 是一家擁有 100 多名成員的非營利組織，專注於通過基於標準的方法實現高性能和低延遲非易失性記憶體儲存的廣泛生態系統採用。該組織提供了一個開放的 NVMe 規範和訊息集合，以充分展示從移動到數據中心的各種計算環境中非易失性記憶體的優點。

最新發佈的 NVMe 1.4 版本中中增加的最重要的一個內容就是「IO determinism」，「IO determinism」主要包含兩部分，一個是 NVM Sets，而另一個是　PLM（Predictable Latency Mode）。不同的 NVM Set 使用的物理資源可以是獨立的，每個 NVM Set 可以包含多個 channel 多個 die，不同的 NVM Set 讀寫，擦除等都是相互獨立互不干擾，可以提供更好的 QoS 。

針對以往用戶首次使用 NVMe SSD 前需要對其進行 4K 對齊的操作，NVMe 1.4 標準中進行了相應的優化，支援 NVMe 1.4 協議的 SSD 可與主機系統進行通訊，對儲存扇區進行自動對齊的操作，並可以獨立的進行 Read、Write、Erase 等操作，從而實現最好的讀寫性能。同時，利用這一特性系統還能根據與 NVMe SSD 通訊的結果，來“明白”系統文件和數據文件的位置，以加快設備在訪問不同區域的數據時的性能表現。

NVMe 1.4 支援 IO Determinism，讓主機將 SSD 視為許多小型的子 SSD，並在每個子 SSD 上平行處理 I/O

其次，NVMe 1.4 標準還加入了 Verify 及 Get LBA Status 的命令，從而避免儲存器性能受到數據糾錯的影響。簡單來說，若是系統發現讀取 NVMe SSD 數據時存在錯誤的情況，則會運行 verify 的命令對存儲數據進行低級格式化。從而在不影響儲存器性能的情況下，嘗試恢復或快速格式已出錯的扇區。

而 Get LBA Status 命令，則是為儲存器增加數據備份的功能。當系統發現某一扇區的數據存在問題時，會將此前備份好的副本重新寫入到該扇區，以便系統能正常使用這部分數據。當用戶在訪問完這些數據後，SSD 會自動將這部分受損扇區進行“屏蔽”，避免數據再次出錯。

PLM 是 IO determinism 中另外一個組成部分，主要用於優化系統的讀寫延時，提高系統的 QoS

最後，針對 PCI-E NVMe SSD 大都配備大容量緩存 NAND Flash 的設計，NVMe 1.4 標準還增加了系統緩衝區的功能。NVMe SSD 所內置的大容量緩存 NAND Flash 會寫入 RAM 中儲存的數據，以便在 PC 遭受突然斷電時能存儲下用戶正在訪問的數據。當 PC 重啟後，便可通過讀取 NVMe SSD 緩存中數據恢復此前的工作狀態，避免意外造成的數據丟失。

NVMe 1.4 進一步完善了舊有的 NVMe 技術，同時 NVMe 1.4 緩衝區的新特性則降低了延遲和 SSD 設計複雜性。基本上目前市面上常見的 NVMe SSD 以及最新推出支援 PCIe 4.0 的 NVMe SSD，都是採用 NVMe 1.3 規範，因此可預期 NVMe 1.4 規範的推出，可進一步提升 SSD 的實際效能。