NVMe 是专为固态硬盘而设计的存储协议。随着 SATA HBA 中间层的消失，NVMe 支持固态硬盘通过 PCIe 总线直接与 CPU 通信，为实现突破性的性能提升创造了条件。客观上看，SATA III 总线的性能极限是 6Gb/秒，这意味着一块 SATA 固态硬盘在剔除开销后最高提供 550MB/秒的吞吐率。单个 PCIe 3.0 通道可以提供 1GB/秒（双向）的吞吐率，因此，PCIe 3x4 固态硬盘可以提供高达 4GB/秒读取/写入吞吐率。PCIe Gen 4X4 固态硬盘则高达 8GB/秒（双向）。在这种情况下，限制性能的因素从协议变成 NAND 介质，而这种介质近年来取得了巨大发展，让制造商能够将最高的密度和性能塞进最小的外形尺寸。

NVMe 也大幅降低了协议延迟，得益于经过缩短和优化的数据路径实现比 SATA/SAS 小的延迟。NVMe 设备中的队列管理也得到 CPU 更高效的处理，得益于 I/O 处理门铃信号发送机制大幅降低了 CPU 开销。此外，得益于过去十年的大规模开发工作，NVMe 设备也得到多数主要操作系统的支持。

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