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NVMe高速公路：推进I
近年来，数据中心正在经历着前所未有的变革。随着云计算、大数据和人工智能等技术的蓬勃发展，对数据存储和处理的需求不断增长。传统的存储架构已经无法满足当今数据中心的需求，因此，一种新的存储技术——NVMe正在成为主流。
什么是NVMe？
NVMe（Non-Volatile Memory Express）是面向非易失性存储器（如固态硬盘、Optane等）的一种高速接口协议。它通过PCI Express（PCIe）总线直接与CPU连接，绕过传统存储协议（如SATA、SAS），从而显著提高存储性能和降低延迟。
NVMe的优势
与传统存储协议相比，NVMe具有以下优势：- 更高的速度：NVMe的理论带宽可达32GT/s，比SATA 3.0的600MB/s快了50多倍。
- 更低的延迟：NVMe的延迟通常在微秒量级，而SATA的延迟则在毫秒量级。
NVMe协议是什么
NVMe协议即Non-Volatile Memory Express，是非易失性存储器标准，也是针对基于PCIe接口的固态硬盘设计的高性能、可扩展的主机控制器接口规范。 该协议充分利用了PCIe SSD的低延时、高并行性，以及当代处理器、平台与应用的高并行性。 NVMe的显著特征是提供多个队列来处理I/O命令，单个NVMe设备支持多达64K个I/O队列，每个队列可管理多达64K个命令，这大大提升了数据传输的效率和性能。 此外，NVMe还使用了MSI/MSI-X和中断聚合等技术来提高中断处理的性能，并提供了直接的、零拷贝的数据传输方式，从而进一步优化了存储设备的性能。 简而言之，NVMe协议是一种先进的通信协议，旨在提高主机与存储部件之间的数据传输效率和性能，是现代高速固态硬盘（SSD）不可或缺的技术之一。
AI 集群基础设施 NVMe SSD 详解（万字长文）
AI与HPC的性能挑战促使存储技术革新，传统I/O瓶颈逐渐浮现。 为提升GPU性能，GPUDirect Storage技术应运而生，直接连接存储设备，减少CPU的干预。 本文将深入探讨NVMe SSD在AI服务器和高性能计算中的核心地位，以及衡量其速度的关键要素——总线、通信协议和物理接口。
硬盘接口技术发展史中，从IDE到SATA、PCIe，再到M.2的崛起，每一步都伴随着性能的飞跃。 选择硬盘接口和协议时，需根据具体应用需求，如SATA-AHCI适用于常规设备，而NVMe-PCIe则专为高速需求设计。
例如，M.2接口的进化，B key与M key的区分，以及B&M key的出现，解决了早期接口兼容性问题。 SATA M.2 SSD因其6Gbps的传输速度，适用于空间有限的场景，而NVMe M.2 SSD则凭借PCIe提供的20Gbps，实现显著性能提升。
NVMe技术利用高速PCIe通道，提升了数据传输效率，显著缩短了延迟。 在AI和数据中心场景中，NVMe SSD展现出了显著的优势，而SATA SSD则更适合轻量级任务和预算设备。
价格方面，NVMe SSD虽然成本较高，但其带来的性能提升是无法忽视的。 NVMe的优越性表现在：25倍于SATA的传输速率、两倍于AHCI的命令速度以及显著的IOPS提升。 NVMe通过直接与CPU沟通，提升了整体系统的效率。
本文还将探讨NVMe协议的发展历程，从NVM Express工作组的成立到NVMe 2.0的模块化架构，以及NVMe SSD的架构细节，包括驱动程序、控制器和存储介质的协同工作。 同时，针对不同存储需求，我们讨论了NVMe与FC、RoCE、iWARP和TCP的传输方式，以及NVMe在GPUDirect Storage中的应用。
最后，文章揭示了如何通过优化策略如ZeRO技术来解决存储瓶颈，特别是通过ZeRO-Infinity在深度学习框架DeepSpeed中实现存储异构性，有效利用CPU和NVMe SSD的潜力。
理解NVMe SSD的奥秘，对提升AI性能和数据中心效率至关重要。 通过本文，我们希望帮助您洞悉这个技术的精髓，以及它如何塑造未来计算的格局。
趋势分享｜一文了解 NVMe、NVMe-oF 和 RDMA
文章概述：本文详细解析了NVMe、NVMe-oF和RDMA在现代存储架构中的重要角色，以及它们如何革新存储技术。 随着SSD和NVMe的出现，存储系统的需求已经从传统的网络连接升级到了新的挑战。 NVMe，作为基于PCIe的高效接口，直接连接到服务器的CPU和内存，大幅提升了存储性能和I/O速度。 而NVMe-oF通过网络连接架构，使得存储设备可以在服务器间共享，提供了低延迟的存储网络。 最后，RDMA作为远程直接内存访问技术，尤其在无损网络中，为NVMe-oF的高速传输提供了关键支持。 理解这些技术的差异和优势，是基础架构工程师面对新一代存储需求的必要知识。 随着技术进步，传统的基于硬盘的存储系统已难以满足高速存储的性能需求。 NVMe的出现，作为一种全新的存储协议，其设计初衷是为了充分发挥SSD的性能潜力，通过直接连接至服务器的CPU和内存，实现了低延迟和高吞吐量。 相比之下，SCSI和早期的接口协议，如SATA和SAS，其设计是为了配合速度较慢的HDD，而无法充分匹配SSD的革新。 NVMe-oF则进一步扩展了NVMe的应用，允许通过网络连接实现NVMe命令，提供了企业级的高性能存储网络。 它替代了传统的SCSI网络接口，如光纤通道和iSCSI，提供了更低的时延和更高的I/O速率。 此外，基于RDMA的NVMe-oF，如InfiniBand、RoCE和iWARP，通过直接内存访问和远程操作内存，为网络架构下的高速存储传输提供了强大支持。 要充分利用这些技术，基础架构工程师需要对网络要求、传输协议和网络架构有深入理解，包括有损和无损传输的选择，以及不同类型的RDMA解决方案。 随着技术的不断发展，这些信息可能会随着时间而更新，因此持续关注相关技术和研讨会是保持知识更新的关键。
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