HDD和早期SSD絕大多數都是使用SATA接口，跑的是AHCI（Advanced Host Controller Interface），它是由Intel聯合多家公司研發的系統接口標準。AHCI支持NCQ（Native Command Queuing）功能和熱插拔技術。NCQ最大深度為32，即主機可以發最多32條命令給HDD或者SSD執行，跟之前硬盤只能一條命令一條命令執行相比，硬盤性能大幅提升。

這在HDD時代，或者SSD早期，AHCI協議和SATA接口足夠滿足系統性能需求，因為整個系統性能瓶頸在硬盤端（低速，高延時），而不是在協議和接口端。然而，隨著SSD技術的飛速發展，SSD盤的性能飆升，底層閃存帶寬越來越寬，介質訪問延時越來越低，系統性能瓶頸已經由下轉移到上面的接口和協議處了。AHCI和SATA已經不能滿足高性能和低延時SSD的需求，因此SSD迫切需要自己更快、更高效的協議和接口。

時勢造英雄，在這樣的背景下，NVMe橫空出世。2009年下半年，在帶頭大哥Intel領導下，美光、戴爾、三星、Marvell等巨頭，一起制定了專門為SSD服務的NVMe協議，旨在讓SSD從老舊的SATA和AHCI中解放出來。

何為NVMe？Non-Volatile Memory Express，非易失性存儲器標準，是跑在PCIe接口上的協議標準。NVMe的設計之初就有充分利用到PCIe SSD的低延時以及并行性，還有當代處理器、平臺與應用的并行性。SSD的并行性可以充分被主機的硬件與軟件充分利用，相比于現在的AHCI標準，NVMe標準可以帶來多方面的性能提升。NVMe為SSD而生，但不局限于以閃存為媒介的SSD，它同樣可以應用在高性能和低延時的3D XPoint這類新型的介質上。

首款支持NVMe標準的產品是三星XS1715，于2013年7月發布。隨后陸續有企業級的NVMe標準SSD推出。2015年Intel 750發布，標志NVMe標準的產品開始進入消費級市場。如今市面上已經出現很多NVMe SSD產品，包括企業級和消費級，如果說前幾年NVMe SSD是陽春白雪，現如今已是下里巴人，NVMe SSD已慢慢進入尋常百姓家（筆者的小本上就是用的PCIe+NVMe的SSD）。

需要指出的是，在移動設備上，NVMe也有一席之地。蘋果自IPhone 6s開始，其存儲設備上跑的就是NVMe協議標準。未來移動存儲的方向，筆者認為不是UFS，當然更不不會是eMMC，而是NVMe。拭目以待吧。

那么，NVMe究竟有什么好？跟AHCI相比，它有哪些優勢？

NVMe和AHCI相比，它的優勢主要體現在以下幾點：

l低時延（Latency）

造成硬盤存儲時延的三大因素：存儲介質本身、控制器以及軟件接口標準。

存儲介質層面，閃存（Flash）比傳統機械硬盤速度快的太多；

控制器方面，從SATA SSD發展成PCIe SSD，原生PCIe主控與CPU直接相連，而不是傳統方式，通過南橋控制器中轉，再連接CPU，因此基于PCIe的SSD時延更低；

軟件接口方面，NVMe縮短了CPU到SSD的指令路徑，比如NVMe減少了對寄存器的訪問次數；MSI-X和中斷管理的應用；并行&多線程優化，NVMe減少了各個CPU核之間的鎖同步操作…

所以基于PCIe+NVMe的SSD，具有非常低的延時。

圖1-1 時延對比

l高性能（Throughput & IOPS）

理論上，IOPS=隊列深度/ IO延遲，故IOPS的性能，與隊列深度有較大的關系（但IOPS并不與隊列深度成正比，因為實際應用中，隨著隊列深度的增大，IO延遲也會提高）。市面上性能不錯的SATA接口SSD，在隊列深度上都可以達到32，然而這也是AHCI所能做到的極限。但目前高端的企業級PCIe SSD，其隊列深度可能要達到128，甚至是256才能夠發揮出最高的IOPS性能。而NVMe標準下，最大的隊列深度可達64K。此外，NVMe的隊列數量也從AHCI的1，提高到了64K。

PCIe接口本身在性能上碾壓SATA，再加上NVMe具有比AHCI更深、更寬的命令隊列，NVMe SSD在性能上秒殺SATA SSD是水到渠成的事情。圖是NVMe SSD，SAS SSD和SATA SSD性能對比圖：

圖1-2 NVMe，SAS和SATA SSD性能對比圖

l低功耗

NVMe加入了自動功耗狀態切換和動態能耗管理功能,本書的電源管理篇會作介紹。

SATA和NVMe還有其他的區別。