SSD 与 NVMe：差异与比较

SSD（固态硬盘）和 NVMe（非易失性内存 Express）都是存储技术。 SSD 使用 NAND 闪存并通过 SATA 或其他接口连接，而 NVMe 是一种专门为利用 PCIe 接口在存储和系统之间实现更快通信而设计的协议。与传统 SSD 相比，NVMe 驱动器提供显着更高的数据传输速度，使其适合需要快速访问大量数据的任务。

关键精华

1. 由于其先进的接口，NVMe 驱动器提供比传统 SSD 更快的速度，允许在更短的时间内传输更多数据。
2. SSD 的外形尺寸更大，可用于更广泛的设备，而 NVMe 驱动器体积更小，更适合高性能系统。
3. 虽然 NVMe 驱动器比传统 SSD 更昂贵，但其更快的速度和改进的性能使其成为需要高速存储解决方案的用户的更好选择。

SSD 和 NVMe 之间的区别

SSD 和 NVMe 的区别在于 SSD 使用集成电路存储数据，而 NVMe 是高速访问存储数据的接口。 NVMe 比 SSD 先进得多，因此比后者更快、加密效果更好。 但这并不意味着 NVMe 是完美无瑕的，确实有任何缺点。 

对比表 对于 SSD 与 NVMe

专栏	SSD	NVMe
接口：	SATA III（最常见）、PCIe（不太常见）	PCIe
数据传输速率：	高达 6 Gbps (SATA)	高达 32 Gbps (PCIe 4.0)
命令队列：	具有 32 个命令的单个队列	多达 65,535 个队列，每个队列有 65,536 个命令
潜伏：	低于 HDD，高于 NVMe	显着低于 SATA SSD 和 HDD
耗电量：	低于硬盘	闲置时略高于 SATA SSD，低于 HDD
形式因素：	2.5 英寸、M.2、SATA mSATA	M.2、U.2
价格：	一般较便宜	通常比较贵
最适合：	日常任务，适度游戏	高性能任务、要求苛刻的游戏、工作站

什么是固态硬盘？

SanDisk 首先推出了固态硬盘。 它可以称为固态设备或固态磁盘。

1991 年首次推出时，它最多只能存储 20 MB 的数据。 如今，这些驱动器可以存储大约 60-100 TB 的数据。

这些驱动器不容易受到物理损坏，并且更耐震。 它们的访问时间很快，并且不需要旋转磁盘即可运行。

不同驱动器的性能会根据一个单元中存在的位数而有所不同。 单电池驱动器是其中最快和最耐用的； 它们也更经济。

早期的 SSD 使用 RAM 技术，但这无法持久，因为它们虽然速度很快，但一旦电量耗尽就会丢失数据。 这导致了数据丢失。

因此更可靠的技术 不得不 找到了，原来是闪存。 当数据存储在固态驱动器的闪存中时，不会因断电而丢失，而是存储在设备内部。

SSD 是如何工作的？

建筑

SSD 围绕闪存技术构建，利用集成电路代替旋转磁盘和机械读/写头。 SSD的关键部件包括闪存芯片、控制器、NAND接口和缓存。

闪存芯片使用电荷存储非易失性数据，组织成页面和块。 控制器管理所有数据操作，确保数据完整性、优化性能并延长 SSD 的使用寿命。 NAND 接口将闪存芯片连接到控制器，实现数据通信。

许多 SSD 都包含缓存，这是用于频繁访问数据的临时存储区域。 缓存由 DRAM 等高速易失性存储器制成，通过减少访问闪存时的延迟来提高读写速度。

这些组件协同工作，在 SSD 中提供快速、可靠和高效的数据存储，使其成为现代计算中的热门选择。

平台组件

除了核心架构之外，SSD 还可以包含其他组件，以增强功能、可靠性和接口兼容性。 一些值得注意的组件包括热传感器、断电保护机制和加密功能。

热传感器集成到 SSD 中以监控温度并防止过热。 这些传感器向控制器提供反馈，使其能够在需要时调整性能或启动保护措施。

SSD 可采用断电保护机制在突然断电期间保护数据。 这些机制利用超级电容器或其他储能设备来提供临时电力。 这允许控制器在安全关闭之前将任何未决数据保存到闪存中。

为了数据安全，一些 SSD 提供内置的硬件加密功能。 这些 SSD 使用加密算法来加密写入驱动器的数据，确保存储的信息保持安全并防止未经授权的访问。

固态硬盘购买指南

容量

SSD 的容量是指它可以存储的数据量。 SSD 具有各种容量，从 128GB 到数太字节 (TB) 不等。 在决定容量时，请考虑您的存储要求，包括操作系统、应用程序和文件的大小。 如果您主要将计算机用于基本任务并且不需要大量存储空间，则较小的 SSD（如 256GB 或 512GB）可能就足够了。 但是，如果您处理大型媒体文件或需要足够的存储空间用于游戏、视频编辑或专业应用程序，请选择更大的容量，如 1TB 或更高。

迅速的

SSD 速度对整体系统性能起着至关重要的作用。决定 SSD 速度的两个主要因素：读取和写入速度，称为顺序速度和随机速度。顺序速度表示驱动器读取或写入大型连续数据块的速度，这使得它们对于文件传输和启动时间非常重要。

另一方面，随机速度衡量驱动器访问和处理较小、分散数据的能力，这对于日常计算任务至关重要，例如打开应用程序和多任务处理。 寻找具有高顺序和随机读/写速度的 SSD，以确保平稳和响应性能。

接口

SSD 的接口决定了它如何连接到您的计算机主板并影响其兼容性和性能。 SSD 最常见的接口是 SATA（串行 ATA）和 NVMe（Non-Volatile Memory Express）。 SATA 固态硬盘有 2.5 英寸和 M.2 外形规格可供选择，提供良好的性能并与大多数计算机兼容。

对于那些从传统硬盘升级的人来说，它们是一个绝佳的选择。 NVMe SSD 采用 M.2 外形尺寸，利用 PCIe（外围组件互连 Express）接口，提供比 SATA 快得多的速度。 如果您的系统支持 NVMe，那么选择 NVMe SSD 可以带来显着的性能提升。

品牌声誉

品牌声誉是购买 SSD 时要考虑的重要因素。知名品牌优先考虑质量控制、可靠性和客户支持，以确保更好的整体体验。知名SSD制造商包括三星、西部数据、Crucial、金士顿、英特尔和SanDisk。建议研究客户评论、专业基准和可靠性数据来衡量品牌声誉。此外，提供更长保修期的品牌会给他们的产品带来更多信心。

什么是NVMe？

NVM Express 开发了第一个 NVMe 接口。 它始于十年前的 2011 年。开发接口的冲动是在人们体验到固态硬盘的一些缺点之后产生的。

与 SSD 类似，NVMe 必须物理插入存储介质。

虽然 SSD 只能执行一个 询问 或命令，NVMe 则不同。 它们可以带来来自多个查询和命令的结果。

这也减少了延迟，并且在获取结果时有最小的延迟。 它们采用适合计算机存储系统的 2.5 英寸卡。

访问非易失性内存的第一个垫脚石出现在2007年的英特尔开发者论坛上，2008年完成并在英特尔网站上发布。

超过 90 家公司参与了 NVMe 规范的制定。 Integrated Device Technology 于 2012 年 XNUMX 月将 NVMe 商业化提供给人们。

NVMe优势

速度更快

NVMe 提供卓越的数据传输速度，超越 SATA（串行 ATA）等传统存储接口。 通过利用 PCIe（外围组件互连高速）接口，NVMe 在存储设备和计算机 CPU 之间提供了一条直接且专用的通道。 这种直接连接可实现更快、更高效的数据传输，从而显着提高读写速度。 借助 NVMe，用户可以体验快速启动、快速应用程序启动和无缝数据传输操作。

较低的延迟

延迟是指处理数据请求所花费的时间。 与其他存储协议相比，NVMe 大大降低了延迟。 由于机械组件或接口的限制，传统硬盘驱动器 (HDD) 甚至 SATA SSD 都会出现延迟。

NVMe 旨在通过使用简化的命令集和更短、更直接的数据路径来最大限度地减少延迟。 这种延迟的减少转化为改进的系统响应能力、更快的数据访问和更好的整体性能，特别是在游戏、虚拟现实和实时数据处理等对延迟敏感的应用程序中。

更高的效率

NVMe 在功耗和系统资源方面都非常高效。 NVMe 的精简架构和优化的命令集最大限度地减少了处理存储相关任务所需的 CPU 开销。 这种效率提高了系统性能并降低了功耗，这对笔记本电脑、平板电脑和其他移动设备特别有利。 借助 NVMe，由于功耗降低，用户可以享受更长的电池寿命和更凉爽的操作。

改进的可扩展性

可扩展性是指在不影响性能的情况下扩展或升级存储功能。 NVMe 在这方面表现出色，与传统存储技术相比可提供卓越的可扩展性。 NVMe 驱动器可以轻松添加或更换，多个 NVMe 驱动器可以组合成各种配置，例如 RAID（独立磁盘冗余阵列），以创建更大、更灵活的存储解决方案。 这种可扩展性对于存储容量需求快速增长的现代计算环境至关重要。

NVMe 用例

消费者应用

NVMe 在消费者应用程序中越来越受欢迎，这主要是因为它能够提供闪电般快速的存储性能。 以下是 NVMe 的一些常见消费者用例：

1. 游戏：游戏玩家可以从 NVMe 更快的速度和更低的延迟中受益匪浅。 NVMe 存储允许更快的游戏加载时间、无缝的关卡转换和减少游戏中的延迟，提供流畅和身临其境的游戏体验。
2. 内容创作：从事视频编辑、3D 建模和图形设计等内容创作的专业人士和爱好者需要高速存储来处理大文件。 NVMe 支持更快的渲染、编码和数据传输，从而实现更高效的工作流程并提高生产力。
3. 媒体消费：随着高分辨率视频内容的激增，NVMe 存储可确保流畅播放和快速访问媒体文件，从而增强整体流媒体和多媒体体验。 用户可以快速加载和浏览大型媒体库，提高媒体应用程序的响应能力。
4. 个人生产力：NVMe 的速度和低延迟提高了系统响应能力，使启动计算机、启动应用程序和多任务处理等日常任务更快、更顺畅。 这通过减少等待时间和提高整体效率来提高个人生产力。

企业应用

1. 数据库系统：事务处理系统和大数据分析等数据库驱动的应用程序需要高性能存储来处理海量数据集并确保快速数据访问。 NVMe 支持更快的数据库查询处理、改进的实时分析和高效的数据管理，从而增强业务洞察力和运营效率。
2. 虚拟化和云计算：NVMe 的低延迟和高可扩展性使其成为虚拟化环境和云计算平台的理想存储解决方案。 它支持虚拟机 (VM) 的快速配置、更快的 VM 迁移和基于云的应用程序的改进响应能力，从而带来更好的用户体验和优化的资源利用率。
3. 高性能计算 (HPC)：依赖密集计算任务的行业，例如科学研究、金融建模和人工智能，可以受益于 NVMe 的高速存储。 NVMe 加速数据访问和处理，减少计算时间并实现更快的分析和决策制定。
4. 数据中心：NVMe 驱动器提供更高的密度和更低的功耗，使其适合数据中心部署。 它们的效率和可扩展性使数据中心能够提供更快的存储服务、处理不断增加的工作负载并优化资源利用率，从而提高数据中心性能并降低运营成本。

SSD 和 NVMe 之间的主要区别

• 构成因素：
  • SSD（固态硬盘）有多种外形规格，包括 SATA、mSATA 和 M.2。
  • NVMe（非易失性内存 Express）是专为 SSD 设计的协议，通常与 M.2 外形规格一起使用。
• 接口：
  • SSD使用SATA接口，该接口一直是连接存储设备的标准。
  • NVMe 使用 PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）接口，与 SATA 相比可提供更快的数据传输速率。
• 速度：
  • SSD 提供相对较快的数据传输速度，其中 SATA SSD 的速度低于 NVMe SSD。
  • NVMe SSD 利用 PCIe 接口，与 SATA SSD 相比，可提供显着更高的数据传输速度。
• 潜伏：
  • 与 SATA SSD 相比，NVMe SSD 的延迟更低，因为 NVMe 协议针对低延迟存储访问进行了优化。
• 队列深度：
  • 与使用 SATA 的 SSD 相比，NVMe 支持更高的队列深度，可实现更好的并行性并提高处理多个并发数据请求的性能。
• 性能：
  • 与 SATA SSD 相比，NVMe SSD 在顺序和随机读/写速度方面提供更高的整体性能。
• 兼容性：
  • 使用 SATA 接口的 SSD 与旧系统更广泛兼容，因为 SATA 是一个长期建立的标准。
  • NVMe 可能需要兼容的主板和 BIOS 才能充分利用其功能，这可能会限制与旧系统的兼容性。
• 耗电量：
  • 与某些 SATA SSD 相比，NVMe SSD 往往更节能，因为 NVMe 协议旨在优化数据传输期间的功耗。
• 价格：
  • 一般来说，SATA SSD 比 NVMe SSD 更经济实惠，对于性能要求不高的用户来说是一个经济高效的选择。
• 用例：
  • SATA SSD 适用于日常计算任务，在速度和成本之间提供了良好的平衡。
  • NVMe SSD 非常适合高性能计算任务、游戏和其他对更快的数据传输速度至关重要的应用。

参考资料

1. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/8366931/
2. https://dl.acm.org/doi/abs/10.1145/3195970.3196085
3. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/8416843/ 

最后更新：02 年 2024 月 XNUMX 日