介紹 NVMe® 2.0，快閃記憶體的未來

NVM Express^® 標準或 NVMe^® 是 SSD 的領先介面技術，絕大多數的運算系統都採用此技術，從資料中心、筆記型電腦到手機皆適用。2021 年 6 月 2 日，NVM Express 公開發佈了一系列非揮發性記憶體規格，適用於各種應用程式。除了完全重組現有規格外，NVMe 2.0 還新增了許多重要的新功能。NVMe 委員會成員和使用者對下一步感到興奮。讓我們來探討原因。

傳統硬碟的其中一個限制是，如果您需要的下一個資料區塊位於實際實體磁碟的另一側，您必須等待光碟旋轉，直到達到讀取頭為止。快閃式固態硬碟當然沒有這個問題：每個街區都一樣「距離」。但舊的介面標準是考慮到這一限制而編寫的。於 2011 年發佈的首款 NVMe 規格旨在免費設定 SSD，並允許應用程式充分利用額外效能。

有哪些新內容？

除了重構之外，也推出各種全新且重要的功能：

Zoned Namespaces（ZNS）： 這是一項重要的開發，可協助應用程式達到更高的效能，同時改善 NAND 儲存的使用壽命。ZNS 不會任意組織成一個或多個邏輯磁碟機，而是允許一個磁碟機顯示為多個指派給不同執行緒的磁碟機。此規格定義分區命名空間和關聯的分區命名空間命令集。分區命名空間將命名空間的邏輯位址空間分割為區域。每個區域都是按順序寫入的邏輯區塊範圍，但如果重新寫入，則會重設。介面允許分區命名空間暴露內部裝置結構的自然邊界，並將內部對應表的管理卸載到主機。

NVM 組和耐久性群組管理： 美光積極開發此功能，因為它允許將各種類型的記憶體（例如 SLC、TLC 等）用於特定應用程式。它定義了一個介面，用於寫入壽命群組和 NVM 集的互通性管理。這允許設定和管理網域。耐寫度群組類似於自動分層的冷熱儲存體，但主要用於需要經常存取但不一定快速存取的資料。

簡單複製命令：此功能定義了主機用於將資料從一個或多個來源邏輯區塊範圍複製到單個連續目的地邏輯區塊範圍的簡單複製命令。可以在裝置內複製資料，而無需透過 PCI Express（PCIe）介面傳輸資料，從而減少介面流量，從而提高效能。

網域和分區：此功能透過定義功能來擴展 NVMe 架構，以實現具有不同網域和網域分割可能性的大規模環境。當單一裝置（例如 SLC、TLC、QLC 等）有多個快閃記憶體類型可用時，這將非常有用，並允許在其餘裝置持續進行時將系統零件離線以進行維護。

命令和功能鎖定：這是一項重大的安全增強功能，允許主機和管理實體禁止執行某些命令和設定功能命令功能。例如，可能允許特定硬碟的一般讀取/寫入指令，但所有管理員指令都可能被鎖定。

命名空間類型：此功能擴展 NVMe 架構，以支援不同類型的命名空間。例如，命名空間可能包含具有特殊存取規則的邏輯區塊，或包含邏輯區塊以外事物的命名空間，就如同索引鍵值對一樣。

旋轉媒體：此功能為傳統硬碟新增 NVMe 支援。這是 NVMe 嘗試透過使用單一儲存連線來連接各種持久性媒體，以擴大其範圍並簡化生態系統的良好範例。

向前邁進

遵循這些規格很重要，因為 2.0 規格已經有多項變更要求。還有一些事情要做：每個 I/O 的金鑰、分區隨機寫入區域（ZRWA）和運算儲存裝置。這些都是正在積極發展的重要和複雜的功能，未來我會在文章中探討這些功能。