SSD NVMe 1.3标准发布, 引入八大新功能

NVMe 标准组织最近公布了最新的 NVMe 1.3 标准，为消费级与服务器带来了许多新功能，与之前的标准更新一样，大多数功能都是可选的，几个新的 NVMe 功能是基于其他储存接口如 eMMC 和 ATA 的现有功能，能帮助 NVMe 改善现有的不足。

NVMe 1.3 加入新功能如下

1、Device Self Tests 设备自检

这个其实和 ATA 设备上的 SMART 自检功能类似，NVMe 现在为系统提供了可选接口，指示设备执行自检。具体测试内容有设备供应商提供，设备必须提供不超过两分钟的快速自检和长时间的扩展自检两种自检方式，必须保留用户资料并且 SSD 必须在测试期间保持运行，对于扩展测试， SSD 必须提供测试需要多长时间并在测试期间提供进度指示器。

2、Boot Partitions 引导分区

这其实是 eMMC 上的功能，启动分区其实是为智能手机和平板电脑等使用这些使用嵌入式 NVMe BGA SSD 系统所准备的，NVMe 1.3 引入了对可以使用 NVMe 协议的最小子集访问的引导分区的支持，引导分区旨在减少或消除主机系统需要包括其他储存设备来储存引导固件，相当于把 BIOS 里的 UEFI 系统整合到 SSD 里面，这样可降低这些设备的成本，实施引导分区功能的 SSD 将包括一对引导分区，以允许安全的固件更新写入次分区，并在交换哪个分区是活动的之前验证数据。引导分区也可以使用 NVMe 1.2 中引入的 Replay Protected Memory Block 功能进行防篡改。

3、Sanitize 清理

Sanitize 其实是比 Secure Erase 更加直接的清除数据命令，Secure Erase 只会擦除映射表并标记无效数据，而 Sanitize 则是直接从 block 级别完全擦除 SSD 上的数据，这是 SATA 和 SAS 硬碟都支持的命令现在终于加入到 NVMe 协议。

4、Virtualization 虚拟化

先前版本的 NVMe 规范允许控制器通过单根I/O虚拟化（SR-IOV）支持虚拟化，但未指定实现细节。版本1.3引入了标准虚拟化功能集，定义瞭如何配置和使用 SR-IOV 功能。支持新的虚拟化增强功能的 NVMe SSD 将会将主控制器作为 SR-IOV 物理功能和一个或多个辅助控制器作为可分配给虚拟机的 SR-IOV 虚拟功能。

5、Namespace Optimal IO Boundary 命名空间最优IO分界

SSD 要4K对齐其实就是在分区时把扇区分配单元大小改成4KB，扇区大小等于 NAND 页面大小对于 SSD 性能是最好的，不过现在的 NAND 页面大小其实已经不是4KB了，比如现在的 3D NAND 的页面大小就是16KB，这些东西其实没有多少人会了解的，现在 NVMe 1.3 就引入了命名空间最优IO分界，它会为系统提供性能最好的扇区大小指示，看着指示来设置扇区大小就可以了。

6、Directives and Streams 指令与串流

这功能可能是 NVMe 1.3 标准里面最实用的，这可以为多线程工作负载提供更一致的写入性能，更好的读取预取和更低的写入放大。以前在执行多线程写入的时候主控不会管写入命令的来源是哪里直接把数据连续的写入到物理层上，结果就是导致不同来源的数据交错分佈，现在会标识数据来源并把不同来源的数据连续的放在一齐，看图可能更好理解：

7、Non-Operational Power State Permissive Mode 非操作电源状态允许模式

採用 PCI-E 通道的 NVMe 设备的电源状态操作远比 SATA 设备灵活，NVMe SSD 有几种不同的功率状态，包括多个操作和非操作空閒状态，其实 NVMe 1.1 中就引入了 APST 电源控制功能，现在 NVMe 1.3 为电源管理增加了两个重要的新功能，第一个就是非操作电源状态允许模式，它是一个控制空閒状态下是否可以进行超过闲置功率限制执行垃圾回收等后台操作的开关，在最大化节能模式时会关闭这功能，而其他状态下系统可能会允许这一操作。

8、Host Controlled Thermal Management 主机控制热管理

这是 NVMe 电源管理的第二大补充，之前 SSD 的过热保护是 SSD 自发的，与系统无关，新的主机控制热管理功能允许系统指定两个温度阈值，SSD 应在此温度下执行轻度和严重的节流以降低 SSD 的温度。热节流的大部分细节仍然由供应商负责，包括 SSD 的各种温度传感器如何组合以形成阈值适用的複合温度，以及节流的滞后（低于温度阈值的距离在节流前停下来）。