NVMe 1.3標準發布, 引入八大新功能

NVMe 標準組織最近公佈了最新的 NVMe 1.3 標準,為消費級與伺服器帶來了許多新功能,與之前的標準更新一樣,大多數功能都是可選的,幾個新的 NVMe 功能是基於其他儲存接口如 eMMC 和 ATA 的現有功能,能幫助 NVMe 改善現有的不足。

 

NVMe 1.3 加入新功能如下

Device Self Tests 設備自檢
這個其實和 ATA 設備上的 SMART 自檢功能類似,NVMe 現在為系統提供了可選接口,指示設備執行自檢。具體測試內容有設備供應商提供,設備必須提供不超過兩分鐘的快速自檢和長時間的擴展自檢兩種自檢方式,必須保留用戶資料並且 SSD 必須在測試期間保持運行,對於擴展測試, SSD 必須提供測試需要多長時間並在測試期間提供進度指示器。

Boot Partitions 引導分區
這其實是 eMMC 上的功能,啟動分區其實是為智慧型手機和平板電腦等使用這些使用嵌入式 NVMe BGA SSD 系統所準備的,NVMe 1.3 引入了對可以使用 NVMe 協議的最小子集訪問的引導分區的支援,引導分區旨在減少或消除主機系統需要包括其他儲存設備來儲存引導韌體,相當於把 BIOS 裡的 UEFI 系統整合到 SSD 裡面,這樣可降低這些設備的成本,實施引導分區功能的 SSD 將包括一對引導分區,以允許安全的韌體更新寫入次分區,並在交換哪個分區是活動的之前驗證數據。引導分區也可以使用 NVMe 1.2 中引入的 Replay Protected Memory Block 功能進行防篡改。

Sanitize 清理
Sanitize 其實是比 Secure Erase 更加直接的清除數據命令,Secure Erase 只會擦除映射表並標記無效數據,而 Sanitize 則是直接從 block 級別完全擦除 SSD 上的數據,這是 SATA 和 SAS 硬碟都支援的命令現在終於加入到 NVMe 協議。

Virtualization 虛擬化
先前版本的 NVMe 規範允許控制器通過單根I/O虛擬化(SR-IOV)支持虛擬化,但未指定實現細節。版本1.3引入了標準虛擬化功能集,定義瞭如何配置和使用 SR-IOV 功能。支援新的虛擬化增強功能的 NVMe SSD 將會將主控制器作為 SR-IOV 物理功能和一個或多個輔助控制器作為可分配給虛擬機的 SR-IOV 虛擬功能。

Namespace Optimal IO Boundary 命名空間最優IO分界
SSD 要4K對齊其實就是在分區時把扇區分配單元大小改成4KB,扇區大小等於 NAND 頁面大小對於 SSD 性能是最好的,不過現在的 NAND 頁面大小其實已經不是4KB了,比如現在的 3D NAND 的頁面大小就是16KB,這些東西其實沒有多少人會了解的,現在 NVMe 1.3 就引入了命名空間最優IO分界,它會為系統提供性能最好的扇區大小指示,看著指示來設置扇區大小就可以了。

Directives and Streams 指令與串流
這功能可能是 NVMe 1.3 標準裡面最實用的,這可以為多線程工作負載提供更一致的寫入性能,更好的讀取預取和更低的寫入放大。以前在執行多線程寫入的時候主控不會管寫入命令的來源是哪裡直接把數據連續的寫入到物理層上,結果就是導致不同來源的數據交錯分佈,現在會標識數據來源並把不同來源的數據連續的放在一齊,看圖可能更好理解:

Non-Operational Power State Permissive Mode 非操作電源狀態允許模式
採用 PCI-E 通道的 NVMe 設備的電源狀態操作遠比 SATA 設備靈活,NVMe SSD 有幾種不同的功率狀態,包括多個操作和非操作空閒狀態,其實 NVMe 1.1 中就引入了 APST 電源控制功能,現在 NVMe 1.3 為電源管理增加了兩個重要的新功能,第一個就是非操作電源狀態允許模式,它是一個控制空閒狀態下是否可以進行超過空閒功率限制執行垃圾回收等後台操作的開關,在最大化節能模式時會關閉這功能,而其他狀態下系統可能會允許這一操作。

Host Controlled Thermal Management 主機控制熱管理
這是 NVMe 電源管理的第二大補充,之前 SSD 的過熱保護是 SSD 自發的,與系統無關,新的主機控制熱管理功能允許系統指定兩個溫度閾值,SSD 應在此溫度下執行輕度和嚴重的節流以降低 SSD 的溫度。熱節流的大部分細節仍然由供應商負責,包括 SSD 的各種溫度傳感器如何組合以形成閾值適用的複合溫度,以及節流的滯後(低於溫度閾值的距離在節流前停下來)。

 

資料來源:滄者極限

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