随着全新一代PCIe 5.0 SSD的发布，新的NVMe 2.0规范协议也是如期而至。作为PCIe SSD最为重要的底层协议，NVMe 2.0都有哪些重要调整？又有哪些值得我们关注的新功能？本文简单解答。
NVMe 演化史
NVMe自诞生以来，其关注的焦点几经变化。一开始，NVMe的目标是定义NVMe架构和NVMe命令集，用一个共同的接口来统一PCIe SSD，让PCIe SSD可以很方便的在当时系统环境下布署使用起来。而在NVMe正式落地之前，客户只能安装由PCIe SSD厂商提供的专用驱动程序，使用场景存在一定。值得一提的是，忆恒创源（Memblaze）不仅仅是全球最早一批做PCIe SSD的厂商，同时也是国内首家实现NVMe协议规范支持的厂商。
之后，NVMe架构和命令集继续扩展，以支持更多的应用场景，更多的Transport 协议，如Ethernet，Fiber Channel等，而不仅仅局限在机箱内部。完成上述目标之后，NVMe又开发出了一些新的命令集，同时也将NVMe扩展到了新的应用场景，如自动驾驶，仓库规模存储，计算存储等。
新的Spec架构更加趋于模块化，将Command Set和Transport Spec从原有三大合集中出来，与Base Spec、NVMe-MI一同，构成了新的NVMe 2.0协议族，也方便未来有更多新的功能添加进来。如下图所示，当有新的功能出现，只需要对Command Set Spec进行扩充即可。
NVMe 2.0
2021年6月3日，NVMe 2.0协议族发布，它由8个具体的协议规范组成，其中，NVM Command Set、Zoned Namespace Command Set、Key Value Command Set共同组成了新的Command Set协议族，Transport Spec也被细分为PCIe、RDMA和TCP三种。
NVM Commend Set Spec、PCIe Transport Spec是NVMe最开始想要实现的目标，在此基础上又有6个Spec被开发出来，可见NVMe的技术发展确实是非常快的。
NVMe Transport是基于物理连接属性抽象的协议层，分为Memory-Based和Message-Based两种，其中，Message-Based Transport又可以分为Message-Only型和Message/Memory混合型。
- Memory-Based Transport指Host和NVM Subsystem之间的命令、应答和数据是由显性的内存读写命令来完成的，代表协议是NVMe over PCIe Transport Spec。
- Message-Based指Host和NVM Subsystem之间通过发送Message封装命令和响应数据，代表协议有Fiber Channel、TCP Transport Spec。
- Message/Memory混合型则会组合使用Message和显性的内存读写命令，代表协议是RDMA Transport Spec。
NVMe 2.0的新功能
Simple Copy Command
而在没有这个命令之前，要完成这样的拷贝工作，需要先将数据读到Host的内存里，然后再写入到SSD上。
Domains and Partitioning
NVMe 2.0将NVM的存储结构分为5个层级：NVM Subsystem、Domain、Endurance Group、NVM Set和Namespace，它们的层级关系如下：
下图则展示了这些层级在一个相对复杂的NVM Subsystem中的关系，它包含了多个Domain、Endurance Group、NVM Set和Namespace。
NVM Subsystem可以由1个或多个Domain（域）组成，每个Domain都存在，具备各自的状态信息，如电源状态、容量信息，Domain之间存在通信边界，如故障边界、管理边界。如果一个NVM Subsystem中存在多个Domain，它们将以协作的方式运行。通过将NVM Subsystem划分为不同的Domain，有利于提供更加灵活、安全和高性能的数据管理和隔离能力，使NVMe设备可以适用于更加复杂的存储场景。
NVM Set和Endurance Group
NVM Set和Endurance Group是NVM存储架构中两个可选的层级，NVM Set由单个或多个Namespace构成，单个或多个NVM Set又共同构成了一个Endurance Group。在同一个Endurance Group中，这些NVM Sets使用相同的耐用性属性和管理策略，受到相似的写入和擦除次数的约束，也有利于平衡NVMe设备的使用并最大化写入寿命。
Command and Feature Lockdown
NVMe 2.0 新增了Lockdown Command，其功能是阻止某些命令执行。该命令属于Admin Command命令集，作用范围包括：
• 带内Admin命令集中的命令和Set Feature命令下的各种feature；
• NVMe-MI中的Management Interface命令集中的命令和PCIe命令集中的命令。
当然，对于已经上锁的命令也可以使用该命令进行解锁。此外，NVM Subsystem在重新上电时，这些命令也将恢复到解锁状态。
NVMe KV、Zoned Namespaces和Namespace Types
如前文所述，NVMe 2.0在I/O命令集中加入了NVMe KV和Zoned Namespaces 这两个命令集，因此相应地也需要不同类型的Namespace Types。
IO Command Set Independent Data Structure
这是NVMe 2.0新增的一个Identify数据结构，它所提供的信息是跟IO命令集无关的。这个数据结构的特殊之处在于，它可以在Namespace attach到Controller之前提供一些信息。
Rotational Media
增加对HDD的支持。
此外，全新NVMe 2.0规范协议还对一些原有Feature做出优化或调整，如Telemetry统一接口日志收集、Persistent Event Log持久化日志等，内容比较多，在此就不一一介绍了。而在后面的文章中，我们也将对NVMe 2.0以及全新一代PCIe 5.0 SSD的一些新功能做更加详细的介绍，欢迎大家持续关注。
忆恒创源作为国内老牌的企业级PCIe SSD厂商，高度重视企业客户需求，以精心打磨的技术、持续优化的产品功能，不断为客户业务应用带来更好支撑。最新发布的PBlaze7 7940不仅实现了两倍于上一代产品的性能，更升级到NVMe 2.0规范协议，提供如Simple Copy Command、Feature Lockdown等重要NVMe 2.0企业级功能的支持。另外，Get LBA Status、128K原子写，SR-IOV等新的功能特性，也将为用户的数据完整性、虚拟化环境下的业务性能带来巨大改善。
