非易失性快速存储器 (NVMe)

利用数十年的协议测试专业知识，VIAVI 推出了一系列多功能测试平台，成功结合了协议解码、性能分析、错误注入和协议训练器功能。特定于 NVMe 的协议和性能分析功能被集成到 VIAVI 行业领先的工具中，这些工具是为 PCI Express 测试和调试而开发的。

VIAVI Xgig® PCIe 分析仪具有协议分析功能，拥有 128 GB 的可用内存、高级触发和搜索功能、接口适配卡自动调谐和内存分段功能，可捕捉多条轨线。主机-客户端架构允许通过以太网进行远程调试。

什么是 NVMe？ 

非易失性快速存储器 (NVMe) 是一种固态存储器接口协议，旨在通过 PCIe 总线访问闪存并提高 NVM 性能。NVMe 于 2011 年推出，使用 PCIe 接口将命令和响应映射到主机计算机。

• NVMe 读写速度比 SATA 固态硬盘 (SSD) 接口快六倍。延迟也从大约 6 毫秒减少到 3 毫秒以下。
• NVMe 最多支持 64K I/O 队列，每个队列有 64K 条目。这大大减少了数据传输所需的 CPU 周期数。
• NVMe SSD 的性能非常适合实时应用，如人工智能 (AI)、机器学习 (ML) 和当今企业和超大规模数据中心常见的大数据分析。

PCI Express

外围组件快速互连 (PCIe) 是适用于几乎所有内部计算机连接的行业标准高速总线约定。点对点拓扑、多通道和创新的时钟方案是 PCIe 总线架构的其中几项强大功能。

支持 PCI Express 的设备利用并行数据传输和低功耗特性。NVMe，固态设备 (SSD) 技术集成了 PCIe 的这些优势，主导了计算机存储。 

NVMe 的优势

除了比传统 SAS 和 SATA 更快的存储访问速度和更低的延迟之外，NVMe 还提供了许多其他优势，可在支持新应用的同时改进现有存储应用。

• 直接连接：传统架构包括 CPU 和存储设备之间的 I/O 控制器。通过从 PCIe 到 CPU 的直接连接，NVMe 设备现在遵循最小阻力的路径，提高了通道利用率并降低了功耗。 
• 标准 SSD 接口：NVMe 在设计时考虑到 NVM 和闪存的独特特性，专为 PCIe 开发，而不是采用现有的协议，例如 SATA。
• 面向未来：NVMe 规范并不指向任何特定类型的内存或设备。通过 PCIe 接口实现的 NVM 可以适应当前和未来的许多不同类型的非易失性存储器。
• 新功能：NVMe 2.0 协议通过分区命名空间 (ZNS) 等新功能改进了性能和对存储的访问，这些功能允许主机和 SSD 在数据放置方面进行协作，并增加了对机械硬盘接口的支持。

查看 NVMe 流量

实施 NVMe 时所观察到的令人印象深刻的结果不言而喻。所需的指令数量不到传统 SCSI 到 SAS 接口的一半，寻道速度比 SATA SSD 快十倍以上。随着流量的增加，具有 PCIe Gen 4.0 功能、高内存容量和 NVMe 上下游流量解码分段功能的分析仪成为必不可少的工具。

VIAVI 第 5 代 PCIe 分析仪提供了 NVMe 流量的完整可见性，PCIe 和 NVMe 流量在堆栈的所有级别进行解码。使用 NVMe 管理界面 (NVMe-MI)，NVMe 存储的命令集和架构可通过 SMB 捕获和触发观察到。

测试 NVMe 协议

完整的 NVMe 协议测试需要一个先进的通用测试解决方案。第 5 代 PCIe 分析仪的干扰和分析功能旨在满足 NVMe 设备的独特验证要求。

• Xgig 平台可实现准确高效的故障排查和协议测试。 
• 高级触发和搜索功能包括训练序列、有序集和队列对。
• 只需将附加设备连接到集成的 Xgig 平台，就可以在多功能环境中同时支持多种协议。
• 内联错误注入或“干扰”允许将错误引入系统，以便在协议测试期间验证错误恢复过程。 

除了将设备集成到计算机系统内部的 NVMe 协议之外，还开发了扩展来促进网络存储。 

NVMe over Fabrics

NVMe over Fabrics (NVMe-oF) 是 NVMe 协议的扩展，它支持位于不同位置的主机计算机和存储设备之间的数据传输。网络结构类型包括以太网、光纤通道和 Infiniband。这个协议扩展增加了 NVMe 设备可以成功连接的距离。 

• NVME-oF 网络的特征包括基于信用的流和低延迟结构。目标是在 NVMe 设备之间提供连接，额外延迟不超过 10 微秒。 
• NVMe oF 通过大幅提高外部存储 I/O 处理的效率，减少了网络架构中的瓶颈。 
• NVMe-oF 1.1 标准支持 TCP 传输绑定，它允许在标准以太网接口上使用 NVMe，而无需特殊设备。 
• NVMe-oF 标准与 NVMe 规范的相似程度大约是 90%，包括了传输机制作为额外的指引。 

NVMe 的未来

NVMe 将随着每一次修订和完善而不断发展，增加新的特性和功能，同时保持使其成功的原有优势。 通过增加对旋转介质（硬盘）的支持，NVMe 兼容传统技术，同时有望在未来的超低延迟和数据密集型工作负载方面大有作为。NVMe 的速度和多功能性使这项技术成为领先的存储解决方案，市场份额逐年提高。NVMe 具有广阔的前景，其容量和潜在应用仅受限于设计师的想象力。