NVMe (Non-Volatile Memory express)

I. SSD 활용 극대화를 위한, NVMe의 개념

PCI Express 기반의 레지스터 인터페이스에 최적화된 고성능 호스트 컨트롤러 인터페이스

II. NVMe 구조/기술요소 및 동작 방식

가. NVMe 구조/기술요소

구분	기술요소	기능 설명
대역폭	– PCIe 기반 전송	– PCIe 대역폭 그대로 사용 – PCIe 3.0 슬롯, 최대 4GB/s
병렬 처리	– 멀티 Queue	– 64K 큐기반 병렬 처리 – 큐 하나당 64K 명령처리
데이터 처리	– 레지스터 – 명령어 세트	– 다이렉트 접근, I/O 수행 – 10개 Admin, 4개 I/O
인터럽트	– MSI-X	– BUS 기반 메시지 인터럽트 – 인터럽트 개수 확장(2048)
가상화	– SRIOV	– 스토리지 디바이스를 전용 처럼 사용(접근시 주소변환)
보안	– 표준 보안 프로토콜	– E2E 데이터 보호 TCG 표준 – 표준 보안 프로토콜 지원

나. NVMe 동작 방식

절차	세부 절차	세부 내용
명령 입력	– Queue Command	– 코어 선택 및 해당 코어의 I/O Submission Queue 명령어를 입력
	– Command 알림	– NVMe 컨트롤러에 신규 명령어 – 새로운 명령어의 존재 확인
명령 처리	– Fetch Command	– Queue의 명령어를 Fetch – NVMe 컨트롤러 Fetch 수행
	– Process Command	– NVMe 컨트롤러는 명령어 처리 – 시스템 메모리 상 입출력 수행
명령 완료	– Queue 완료	– 명령어 처리 종료 시 결과 입력 – NVMe의 I/O Completion 결과
	– Interrupt 발생	– 신호 발생 가능 시 MSI-X 발생 – 완료 Queue를 통해 ISR결과 확인

III. NVMe와 AHCI의 비교

항목	NVMe	AHCI
큐 크기	64k개(64k명령/큐)	1개(32명령/큐)
명령어 당 레지스터 접근	2회	9회
병렬성과 다중 스레드	No Locking	Locking
명령 효율성	한번에 64byte fetch	호스트 DRAM으로 2번 Fetch
드라이버 지원	전용 드라이버 설치 필요	기본 설치