众所周知，NVMe是建立在NVM（Non-Volatile Memory，以Nand-flash为主）和PCIe基础上的一种新的传输协议，区别于SATA/SAS接口上使用的SCSI。SATA由于继承了HDD的生态系统，在成本和兼容性等方面皆具优势，所以成为多数用户的优先选择。

但是进入2017年，这个趋势可能发生变化，我们一起来看看为什么这么说。

首先，NVMe比SATA更能发挥Nand-flash的性能

NVMe在硬件层面省去HBA这一套东西，直接将SSD与主机PCIe对接。这不仅简化了系统的复杂度，更是为发挥Nand性能降低了接口层次的瓶颈（Nand flash由于可以并发访问，理论带宽无上限）。加上定制化的NVMe协议，在存储设备的关键指标Latency和带宽上远远超过SATA接口。

我们以Intel当前上市的产品为例来进一步说明：

1，Intel DC系列SSD中所有SATA SSD最高带宽不大于550MB/s，而NVMe中最大带宽可至5GB/s（P3608系列）。这是由于目前的SATA接口速率6Gb/s限制的。

2，Intel DC系列SSD中SATA SSD的时延普遍大于50us（如s3610系列），而采用同规格Nand（20nm 2D MLC）的P3700系列则只有20us左右。这是由于增加的HBA卡和软件协议导致的。

对于下一代NVM，如3D xpoint，SATA接口将更加无所适从。

其次，3D Nand 的普及让SATA SSD失去价格优势

3D Nand被认为是用来降低SSD价格最有效的方式，因为在相同的纳米制程上，3D Nand可以实现更高的存储密度。

之前由于三星一家独大掌握3D技术也不向下游厂商开放，导致其他家无法使用。但是2016年，Toshiba和Micron都发布了3D Nand的量产计划，NVMe SSD厂商有了新的选择。

理所当然地，SSD厂商很快就发布了3D Nand产品。如Intel的P3520系列（3D MLC），Micron的5100系列（3D eTLC）。进入2017年，会有更多的厂商加入，源引西部数据的预测，2017年中旬，3D Nand将会占据半壁江山。

同样以Intel的产品为例说明3D Nand带来的价格优势。我们选取U.2的NVMe，容量在400GB左右，价格参考亚马逊网站。得到如下结论：

1, 3D Nand让NVMe变得更便宜。比较同为3D Nand的P3520和S3520系列。虽然每GB价格NVMe比SATA高，但是加权使用寿命后，两者的价格已经非常接近，NVMe甚至比SATA还便宜3%。更何况NVMe在带宽和IOPS成本上都优于SATA。

2, 3D NVMe和2D SATA之间的价格差异缩小很多。比较P3520和S3610，可以看到，两者加权寿命后的每GB成本已经由2D时代的接近10倍降低到3倍。考虑到NVMe的带宽和IOPS成本优势，这个几乎可以相互抵消了。

另外，3D的引入促使SSD的容量大大增加。

2016年市场上就出现了6T以上的NVMe SSD（如HGST的Ultrastar SN260，三星的PM1725），2017单盘容量最大会超过10TB，而SATA SSD的容量还停留在4T以下。

那么原因是什么呢？还是因为SATA接口的限制。容量增大后，每GB性能已无法满足SSD的应用场景（以100IOPS/GB为标准）。

第三，丰富的NVMe接口多方位挤压SATA市场

NVMe已经不仅仅是刚开始的AIC结构（需要直接揭开主机背板，插到PCIe卡槽上），还存在U.2、M.2和BGA等多种形式。U.2和M.2兼容了SATA接口，获得了NVMe、服务器厂商的大力支持。

对于这几种形式，U.2将是未来主流的发展方向，致力于便携管理（热插拔功能）和高性能，而M.2则主要应用于消费者市场。

近来，又有不少声音预测M.2进入数据中心，如自定义的服务器和全闪存阵列。这主要是因为M.2可以补充U.2在功耗和体积方面的不足，正常的U.2 NVMe功耗都在25W左右，这比一般的SATA SSD要大4倍。而M.2的功耗就跟SATA接近了。

还可以将低成本的Nand用在M.2上，填充NVMe的中低端SSD市场。而这个市场恰好就是SATA SSD的主战场。

多家SSD厂商已有M.2产品，如Intel的P3100系列（256GB:$0.48/GB，1TB：$0.40/GB。亚马逊网站），价格都非常亲民。

超微一向对NVMe嗅觉灵敏，那么它有没有支持M.2呢？进入其网站，发现超微确实发布了多款支持M.2的服务器，看来其对M.2进入数据中心早已做好准备。

最后，完善的厂商支持推进生态系统成熟

2016年，NVMe朋友圈还迎来了一个好消息，NVMe over Fabrics规范发布了，预示着NVMe即将进军网络存储市场，作为主要获益者Mellanox自然笑得合不拢嘴。

但是NVMe绝不是寡头垄断，在这个市场，无论是底层的SSD，中间的服务器平台还是上层的存储软件，都可以参与进来。我们看到，其中不乏国内厂商。

NVMe显示出蓬蓬勃心，准备在2017大干一场，下一步就是接受市场的考验。NVMe定会在市场中适应需求并完善自己，形成一股强大的势力。

总结

这篇文章从4个方面阐述了NVMe终会替代SATA的理由。SATA作为机械硬盘时代的领导者，固然有它适用于市场的多个优势。但是时代在变化，底层硬件和上层软件都在进行创造和革新，身处在这个时机，我们即感到幸福又感到丝丝焦虑。

不过，新技术给我们的世界带来进步，不管怎样，我们应该此感到高兴并且准备迎接变化。

说明

本文最先发布于公众号《存储技术最前线》，欢迎关注获取最新NVMe技术和资讯。

参考资料

1，PCIe NVMe* SSD in Smaller Form Factors by Becky Loop

2，Why NVMe Will Replace SATA SSDs in the Data Center by Michael Smullen

3，http://www.supermicro.org.cn/products/nfo/M.2.cfm

4，https://www.amazon.com/

5，https://www-ssl.intel.com/

6，http://www.tomsitpro.com/articles/datacenter-m.2-ssd-pcie-specification,2-950.html

7，http://www.flashmemorysummit.com/English/Collaterals/Proceedings/2016/20160809_Keynote4_WD_Sivaram.pdf

8，http://www.techinsights.com/NAND-flash-roadmap/