NVMe

Non-Volatile Memory Express

비휘발성 기억장치 익스프레스

Non-Volatile Memory Host Controller Interface

비휘발성 기억장치 호스트 컨트롤러 인터페이스

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1. 개요
2. 성능
3. 연결 방식
3.1. PCIe
3.2. M.2
4. 호환성
5. 개정
6. 그 외

1. 개요

SATA보다 빠른 PCI Express로 연결된 비휘발성 저장장치를 위한 새로운 통신 규격이다. SATA + AHCI 조합으로는 제 속도를 내기 어려운 SSD들을 위한 규격이다.

AHCI가 개발되던 시절에는 HDD가 주류라 느릿느릿 회전하는 플래터를 큐잉할 정도의 성능만 가지고 있으면 됐었다. 달리 말하면 이 당시에는 사우스브릿지를 통해 ATA로 통신하는 것이 아닌, PCIe에 보조기억장치를 직결하려는 것은 낭비였다. 속도 자체가 넘사벽이었기 때문에 병목 현상도 그만큼 심각하기 때문. 그러나 반도체를 이용하여 플래터 회전 없이 고속으로 접근 가능한 SSD의 속도를 AHCI가 발목을 잡는 시점이 왔고, 이에 대응하기 위하여 2007년 IDF(Intel Developer Forum 인텔 개발자 포럼)에서 처음으로 논의되었다. 2008년 4월 인텔에 의하여 초안이 작성되어 2011년에 1.0 최종 버전이 발표된 이후 지금에 이른다.

2019년 기준 최신 버전은 1.4이며, 현재 1.5 규격이 개발/정의 되고 있다.

2. 성능

최대 6 Gbps의 전송 속도를 가지는 SATA 3과 비교하면 PCIe 위에서 동작하므로 10Gbps 이상의 대역폭은 쉽게 구현한다.

또한, 1개의 큐에 32개의 명령 만을 저장할 수 있는 AHCI와는 다르게 64K(65536)개의 큐에 각 큐당 64K개의 명령어를 저장할 수 있어 랜덤 읽기/쓰기 속도 또한 SATA에 비교하여 월등히 빠르다. 이외에는 병렬화(멀티코어) 적극 지원 등이 있지만 개인 사용자에겐 미래에나 와닿는 내용이 될 것이다.

2013년에 최초 발매된 이 규격의 저장장치는 삼성전자의 XS1715가 있으며 읽기 속도가 무려 3GB/s이다. 비트 단위로 환산하면 24Gbps.

일반 사용자 용으로 발매된 인텔의 750은 2400MB/s, 삼성의 950 Pro는 2500MB/s의 최고 전송속도를 자랑한다. 기업용 시장에는 4TB 용량에 읽기 5GB/s, 쓰기 3GB/s에 달하는 괴물같은 물건도 있다. #

3. 연결 방식

3.1. PCIe

이미지 출처: 인텔

PCIe 3.0 x4 및 2.5인치 U.2(SFF-8639)

PCIe 슬롯에 직접 연결되는 방식이다.

3.2. M.2

이미지 출처: 삼성

NVMe가 지원되는 M.2 방식은 대부분 M 키(오른쪽)이다.

4. 호환성

2014년 4월 인텔 하스웰 리프레시와 함께 나온 9 시리즈 칩셋부터 부팅용 드라이브로 지원하기 시작했다. 기존의 보드에서도 사용할 수는 있지만, 현재 발매된 드라이브들이 이용하는 PCIe 3.0 4레인을 풀로 뽑아내는 보드가 아니라면 제 속도가 나오지 않는다. X99/Z170 이상 보드에서 사용이 권장된다. 부팅 디스크 지원은 Z97(대역폭은 10Gbps로 제한)/X99/Z170 등 부팅 기능 지원 메인보드에서만 가능하다. 9 시리즈 칩셋은 PCIe 2.0 2레인의 대역폭에 해당하는 10Gb/s(1.25GB/s)까지만 지원했으나, 2015년 8월에 스카이레이크와 함께 나온 100 시리즈 칩셋 시리즈부터는 NVMe와 PCIe 3.0 4레인의 대역폭에 해당하는 32Gb/s(4GB/s)를 온전하게 사용할 수 있다. 칩셋에 따라 PCIe SSD의 실제 성능의 팩트인 4K 단위의 쓰기 속도가 심하게 차이나는 메인보드가 있을 수도 있으니 메인보드 선택에 주의가 필요하다.

데이터 저장용으로만 사용 가능했던 칩셋에서도 해외 유저들의 노력으로 NVMe 관련 모듈을 바이오스에 심거나 부트로더를 개조하여 인텔 6 시리즈 이상 칩셋을 쓰는 UEFI 탑재 메인보드에서도 NVMe SSD를 부팅용 매체로 사용할 수 있게 됐다. AMD RYZEN 시리즈용 메인보드는 다 된다고 보면 된다. 오히려 라이젠 3세대는 PCIE 4.0 도입에 힘입어 오히려 인텔보다도 최대 대역폭에서 유리하다.

윈도우 8.1 이상부터는 NVMe 드라이버가 기본 내장되어 있지만, 윈도우 7은 그렇지 않으므로 윈도우 7을 사용하려면, 설치 이미지 파일 안에 NVMe 드라이버를 같이 포함시켜야 한다.

10기가비트 이더넷을 사용하려면 NVMe 드라이브가 필수이다. HDD나 SATA SSD를 사용하면 병목현상이 생긴다.[1]

다만 M.2 NVMe SSD의 경우 가장 고질적인 문제인 발열에 따른 스로틀링을 걱정해야 되는 상황이 있었으나, 요즘에 출시되고 있는 제품들은 제품 자체적으로도 발열이 높지 않으며, 방열판을 장착 또는 기본 번들로 제공하는 등의 조치로 이 문제가 많이 해결된 편이다.

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5. 개정

리비전

발표일

1.0

2011년 3월 1일

1.0e

2013년 1월 23일

1.1b

2014년 7월 2일

1.2

2014년 11월 3일

1.3

2017년 5월 1일

1.3a

2017년 10월 24일

1.3b

2018년 5월 4일

1.3c

2018년 5월 24일

1.4

2019년 6월 16일

1.5

진행중

최초로 발표된 이후에 여러 차례 개정되었다.

6. 그 외

M.2 NVMe SSD를 탑재한 슬림 노트북과 태블릿 모델들이 M.2 SATA3 SSD를 탑재한 동일 모델들에 비해 발열과 전력소모가 크다는 지적이 나오고 있다. 하지만 이는 데이터 전송량과 처리량이 이전 규격에 비해 훨씬 높아진 만큼 그에 따른 발열량도 높아질 수밖에 없기에 당연한 일이다. 이를 이유로 LG PC gram의 2017년 ALLday 모델의 경우 SATA3 SSD를 탑재하였다. 2017년 모델도 NVMe를 지원하긴 하나, 할당된 PCIe 레인수가 적어서 일부 측정 항목이 반토막난다. 그래도 sata3보다는 훨씬 빠르다. 2018 그램의 경우 2슬롯 중 1슬롯이 NVMe를 지원한다.

모바일의 경우 애플아이폰 6s 이후의 iOS 기기들(아이폰 6S, 6S+, 아이패드 Pro, 아이폰 SE)이 모바일 디바이스 중 유일하게 NVMe 컨트롤러를 탑재하여 출시되고 있다.

부착 위치에 따라선, 그래픽카드의 온도 영향을 받아 동작 온도가 60~70도 이상을 넘어갈수도 있다.


  1. [1] 다만, HDD는 백업 용도로 사용 할 목적이라면 상관없다.

최종 확인 버전:

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