不揮発性メモリーエクスプレス（NVMe)

VIAVI は、数十年にわたるプロトコルテストの専門知識を活用して、プロトコルデコード、パフォーマンス分析、エラー注入、およびエクササイザー機能をうまく組み合わせた一連の多目的テストプラットフォームを発表しました。NVMe 固有のプロトコルおよびパフォーマンス分析機能は、PCI Express テストおよびデバッグ用に開発された業界をリードする VIAVI ツールに統合されています。

VIAVI Xgig®PCIe アナライザは、128 GB の利用可能なメモリー、高度なトリガーおよび検索機能、インターポーザの自動チューニング、および複数のトレースをキャプチャするためのメモリーセグメンテーションを備えたプロトコル分析を特徴としています。ホストクライアントアーキテクチャにより、イーサネットを介したリモートデバッグが可能になります。

NVMe とは？ 

不揮発性メモリーエクスプレス（NVMe）は、PCIe バスを介してフラッシュ ストレージにアクセスし、NVM のパフォーマンスを向上させるために開発されたソリッドステートメモリーのインターフェイスプロトコルです。2011 年に導入された NVMe は、PCIe インターフェイスを使用してコマンドと応答をホストコンピュータにマッピングします。

• NVMe 読み取り/書き込み速度は、SATAソリッドステートドライブ（SSD）インターフェイスの最大 6 倍です。レイテンシも、約 6 ミリ秒から 3 ミリ秒未満に短縮されます。
• 最大 64K の I/O キューは、NVMe でサポートされており、それぞれに 64K のエントリがあります。これにより、データ転送に必要な CPU サイクル数が大幅に削減されます。
• NVMe SSD のパフォーマンスは、人工知能（AI)、機械学習（ML)、および今日のエンタープライズおよびハイパースケールデータセンターで一般的に見られるビッグデータ分析などのリアルタイムアプリケーションに最適です。

PCI Express

Peripheral Component Interconnect Express（PCIe）は、ほぼすべての内部コンピュータ接続の業界標準の高速バス規則です。ポイントツーポイントトポロジー、複数のレーン、および革新的なクロッキングスキームは、PCIe バスアーキテクチャの強力な機能の 1 つです。

PCI Express 対応デバイスは、パラレルデータ転送と低電力機能を利用します。NVMe、ソリッドステートデバイス（SSD）テクノロジーは、PCIe からのこれらの利点を統合して、コンピュータストレージで優位に立っています。 

PON の利点

レガシーの SAS や SATA と比較すると、NVMe はストレージへの高速アクセスと低レイテンシに加えて、新しいアプリケーションを可能にしながら、既存のストレージアプリケーションを改善する他の多くの利点を提供します。

• 直接接続：従来のアーキテクチャには、CPU とストレージデバイスの間に I/O コントローラが含まれていました。PCIe から CPU への直接接続により、NVMe デバイスは、レーンの使用率を改善し、消費電力を削減する最小の抵抗のパスをたどるようになっています。 
• 標準 SSD インターフェイス：NVM とフラッシュメモリーの独自の特性を考慮して設計された NVMe は、SATA などの既存のプロトコルを採用するのではなく、PCIe 専用に開発されました。
• 将来対応：NVMe 仕様は、特定のタイプのメモリーまたはデバイスを指し示していません。PCIe インターフェイスを介した NVM は、現在および将来のさまざまなタイプの不揮発性メモリーに適合させることができます。
• 新機能：NVMe 2.0プロトコルは、ホストと SSD がデータ配置で連携できるようにする Zoned Namespace（ZNS）などの新機能と、機械式ハードドライブインターフェイスのサポートの追加により、パフォーマンスとストレージへのアクセスを向上させます。

NVMe トラフィックの表示

NVMe が実装されたときに観察された印象的な結果は、それ自体が雄弁に物語っています。従来のSCSIから SAS へのインターフェイスに使用される命令量の半分以下しか必要とせず、シーク時間は SATA SSD よりも 10 倍以上高速です。トラフィック量の増加に伴い、PCIe Gen 4.0 機能、大容量メモリー、および NVMe アップストリームおよびダウンストリーム トラフィックデコーディング用のセグメンテーション機能を備えたアナライザが不可欠なツールになっています。

VIAVI Gen 5 PCIe アナライザは、スタックのすべてのレベルでデコードされた PCIe および NVMe トラフィックを使用して、NVMe のトラフィックフローを完全に可視化します。NVMe 管理インターフェイス（NVMe-MI）を使用すると、NVMe ストレージのコマンドセットとアーキテクチャは、SMB のキャプチャとトリガーによって監視できます。

NVMe プロトコルのテスト

完全な NVMe プロトコルテストには、高度で用途の広いテストソリューションが必要です。第 5 世代 PCIe アナライザのジャミングおよび分析機能は、NVMe デバイス固有の検証要件に対応するように設計されています。

• Xgig プラットフォームは、正確かつ効率的なトラブルシューティングとプロトコルテストを可能にします。 
• 高度なトリガーおよび検索機能には、トレーニングシーケンス、順序指定されたセット、およびキューペアなどがあります。
• 統合された Xgig プラットフォームに追加のデバイスを接続するだけで、多機能環境で複数のプロトコルが同時にサポートされます。
• インラインエラー注入または「ジャミング」により、システムにエラーを導入できるため、プロトコルテスト中にエラー回復プロセスを検証できます。 

コンピュータシステム内のデバイスを統合する NVMe プロトコルに加えて、ネットワーク化されたストレージを容易にする拡張機能が開発されています。 

NVMe over Fabrics

NVMe over Fabrics（NVMe-oF）は、ホストコンピュータと別の場所にあるストレージデバイス間のデータ転送をサポートする NVMe プロトコルの拡張機能です。ネットワークファブリックの種類には、イーサネット、ファイバーチャネル、およびインフィニバンドなどがあります。このプロトコル拡張機能により、NVMe デバイスを正常に接続できる距離が長くなります。 

• NVME-oF ネットワークの機能には、クレジットベースのフロー および低レイテンシファブリックなどがあります。目標は、10 マイクロ秒（µs）未満の追加レイテンシで NVMe デバイス間の接続性を提供することです。 
• NVMe-oF は、外部ストレージの I/O 処理をはるかに効率的にすることで、ネットワークアーキテクチャのボトルネックを軽減します。 
• NVMe-oF を特別な機器なしで標準のイーサネットネットワークインターフェイス上で使用できるようにする TCPトランスポートバインディングは、NVMe-oF 1.1規格でサポートされています。 
• NVMe-oF 規格は、NVMe 仕様と約 90% 同等であり、追加のガイダンス用にトランスポートメカニズムが含まれています。 

NVMe の未来

NVMe は、改訂と改良のたびに進化し続け、それを成功させた元の利点を維持しながら、追加の特徴と機能を追加していきます。 回転メディア（ハードドライブ）のサポートを追加することで、NVMe は、今後現れる超低レイテンシとデータ集約型ワークロードを心待ちにしながら、レガシーテクノロジーを包含しています。NVMe の速度と汎用性により、このテクノロジーは主要なメモリーソリューションとなり、市場シェアは年々増加しています。NVMe の未来は保証されており、容量と潜在的なアプリケーションを制限するのは設計者の想像力だけです。