NVMe是專為SSD而設計的最新儲存介面標準。憑藉其強大的並行架構，得以實現新式SSD的完整效能。NVMe由多家儲存公司組成的聯盟共同開發，而NVMe運作在PCIe匯流排上，可提供每通道1GB/s以上的速度，並提供多個通道連結。
現今快閃記憶體硬碟市場一個難以啟齒的小秘密是，許多系統還採用以往舊的操作介面。雖然SATA和SAS自推出以來已經歷了數次更新，但仍然以數十年前最初為磁式硬碟設計的概念運作，這些既有協議阻礙目前固態硬碟(SSD)技術的潛在發展速度。
NVMe是專為SSD而設計的最新儲存介面標準。憑藉其龐大的並行架構，得以實現新款SSD的完整效能。由於在價格和相容性方面的考量，NVMe技術經過了一段時間才被業界採用，現在這種技術終於導入正軌。
傳統的序列式介面(Serial Attached Legacy)
SATA是目前最常見的儲存介面，無論是硬碟還是日益常見的快閃記憶體，最有可能的是透過SATA介面運作。最新一代的SATA介面SATA III具有600MB/s的頻寬限制。雖然這對於日常的消費性應用來說已經足夠，但卻不能滿足企業伺服器的要求。即使是對於視訊編輯等I/O密集型的消費性應用，也可能達到該頻寬的上限。
發布於2000年的SATA標準最初是為了取代舊式並行介面PATA標準的一種串行技術。SATA使用先進主機控制器介面(AHCI)，該介面單一的佇列指令具有32個指令的深度，這種指令排列體系結構非常適合傳統旋轉式的磁式硬碟儲存，但與快閃記憶體技術一起使用時會受到很多的限制。
SATA是消費性硬碟機的標準儲存介面，而SAS則在企業市場更為普遍。SAS最初於2004年發布，也是為取代舊式並行標準SCSI的一個串行介面。SAS由於是專為企業應用而設計，因而基於這種介面的儲存通常比SATA更昂貴，但在資料中心應用中，SAS與SATA相比卻具有顯著的優勢，能夠支持更長的電纜長度、多路I/O以及更好的錯誤報告。SAS還具有1,200MB/s的較高頻寬上限。
就像SATA一樣，SAS只有單一指令排列，但SAS的佇列深度達到了254個指令，而不是32個。雖然更大的指令佇列和更高的頻寬限制使得它比SATA具有更好的性能表現，但是SAS仍然比不上理想的快閃記憶體介面。
高速並行介面NVMe
NVMe於2011年推出，旨在從根本上解決快閃記憶體儲存的需求。NVMe由多家儲存公司組成的聯盟共同開發，其主要目的是要克服SATA和SAS介面在快閃記憶體性能方面的瓶頸。
如上所述，SATA的頻寬限制為600MB/s，SAS則為1,200MB/s，而NVMe運作在PCIe匯流排上，理論上其頻寬僅受限於PCIe的匯流排速度(Bus Speed)。目前的PCIe標準可提供每通道1GB/s以上的速度，PCIe連接通常能提供多個通道，因而基於NVMe技術的SSD匯流排速度幾乎不會遭遇瓶頸問題。
NVMe設計用來提供龐大的並行介面，具有64,000個指令佇列。這種並行介面與快閃記憶體的隨機存取特性以及當今電腦中的多核多線程處理器非常吻合。與AHCI相比，NVMe的協定經過精簡，優化的指令集能夠在更少的操作中完成更多任務。 NVMe的I/O操作通常比SATA或SAS需要更少的指令，可以降低延遲。對於企業客戶，NVMe還支持多路徑I/O、錯誤報告和管理等多種支援企業儲存的功能。
絕對的高速度和低延遲，加上處理高IOPS的能力，使得以NVMe技術的SSD成為企業資料中心中的黑馬。高頻率的交易公司、資料庫和網路應用託管等重視低延遲和高IOPS的公司都在業界率先採納NVMe SSD。
儘管NVMe具有很高的性能，但從歷史看，它的成本也被認為是相對較高。較高的成本不利於這種技術在消費類儲存領域的普及。在NVMe最初發布時，所支援的作業系統相對較少，再加上較高的價格，使其對一般消費者的吸引力小，許多人都無法體驗其更快的速度。
降低應用導入障礙
如今，這一切正在改變。NVMe的價格正在下降，在某些情況下，已經與SATA硬碟的價格旗鼓相當。這種改變不僅僅是因為市場的力量，也得益於無DRAM的NVMe固態硬碟等方面的技術創新。
由於DRAM是SSD物料清單(BoM)中的重要成本，所以無DRAM的SSD能夠實現更低、更具吸引力的價位。從NVMe 1.2開始，對於主機記憶體緩衝區(HMB)的支援使無DRAM的SSD可以借用主機系統記憶體作為SSD的DRAM緩衝區，以便實現更佳的性能。採用支援HMB的無DRAM SSD可以達到如DRAM-based的SSD的性能優勢，而且節省了成本、空間和能源消耗。
NVMe固態硬碟也比以往更加省電。雖然NVMe協定本身效能已經很高，但它運作的PCIe連結可能會消耗數量較高的閒置電力。最新的NVMe固態硬碟支援更加高效的自主休眠暫態，使其能夠實現與SATA固態硬碟相當甚至更低的能耗。
滿足速度需求
採用NVMe技術，雖然企業應用的速度需求得到了完全滿足，但在消費性應用實際上也需要這樣高的速度嗎？對於那些曾經安裝過較多記憶體，購買了更大的硬碟或SSD，或者訂購了更快的網際網路連接的消費者，答案是顯而易見的。
現今的消費者通常不會挑戰SATA硬碟機的極限，部分原因很可能是由於SATA仍然是消費類儲存最常見的介面。如今的視訊錄製和編輯、遊戲和檔案伺服器等應用已經在不斷推高消費性固態硬碟的極限，未來的使用情況只會把極限推得更高。 NVMe現在已經達到可與SATA相媲美的價位，沒有理由不立即動身建構迎向未來的儲存。
(作者為Marvell儲存事業部策略總監)