NVM Express （縮寫NVMe ），或稱非揮發性主記憶體主機控制器介面規範 （英語：N on-V olatile M emory H ost C ontroller I nterface S pecificationNVMHCIS 規範 。它是基於裝置邏輯介面的匯流排 傳輸協定規範（相當於通訊協定中的應用層 ），用於存取通過PCI Express （PCIe）匯流排附加的非揮發性記憶體 媒介（例如採用快閃記憶體 的固態硬碟機 ），雖然理論上不一定要求PCIe匯流排協定。NVMe是一種協定，是一組允許SSD使用PCIe匯流排的軟硬件標準；而PCIe是實際的物理連接通道。
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NVM代表非揮發性記憶體（non-volatile memory）的首字母縮略字 ，這是固態硬碟（SSD）的常見的快閃記憶體形式。此規範主要是為基於快閃記憶體的儲存裝置提供一個低延時、內部並行化的原生介面規範，也為現代CPU 、電腦平台及相關應用提供原生儲存並行化的支援[ 1] 機械硬碟機 （HDD）時代的AHCI （SATA下的協定），NVMe/NVMHCI降低了I/O 操作等待時間、提升同一時間內的操作數、更大容量的操作隊列等。
依託於PCIe匯流排，NVMe裝置可適用於各種支援PCIe匯流排的物理插槽上，包括標準尺寸的PCIe擴充卡 [ 2] U.2 物理連接介面（SFF-8639）的2.5英寸/3.5英寸標準尺寸固態硬碟機、[ 3] [ 4] SATA Express 匯流排（相容於PCIe）的裝置、M.2 規格擴展卡等。[ 5]
歷史上，大多數SSD使用如SATA 、SAS 或光纖通道 等介面與電腦介面的匯流排 連接。隨着固態硬碟在大眾市場上的流行，SATA已成為個人電腦 中連接SSD的最典型方式；但是，SATA的設計主要是作為機械硬碟機 （HDD）的介面，機械結構的HDD使用讀取臂做讀寫，與直接操作固態顆粒的SSD差異很大，並隨着時間的推移越來越難滿足速度日益提高的SSD。[ 6] 吞吐量 的限制。
在NVMe出現之前，高階SSD只得以採用PCI Express匯流排製造，但需使用非標準規範的介面。若使用標準化的SSD介面，作業系統 只需要一個驅動程式就能使用符合規範的所有SSD。這也意味着每個SSD製造商不必用額外的資源來設計特定介面的驅動程式。[ 7]
截至2014年9月，在光纖通道 （FC）上使用NVMe的新標準也正在開發。[ 8]
截止2018年，NVMe包含NVMe、NVMe-MI以及NVMe-oF（NVMe over Fabrics）三個細分協定，其中NVMe為主協定，規範了host對盤的讀寫、存取以及資源管理等功能，NVMe-MI主要包括帶外管理相關的功能，NVMe-oF主要是基於NVMe的網絡協定規範，可以將FC等網絡協定與NVMe進行結合起來。同時，並且三個協定在協同演進，未來將會圍繞NVMe形成一個從盤到儲存系統的端到端生態。
NVMe標準對比AHCI標準：
當數據從儲存傳輸到伺服器主機時，會進入一行或佇列。傳統的SATA連接只能支援一個佇列，一次只能接收32條數據。而NVMe儲存支援最多64000個佇列，每個佇列有64000個條目。
NVMe使用原生PCIe 通道，免去了SATA與SAS介面的主機控制器 與CPU通訊所帶來的延時。NVMe標準的延時只有AHCI的一半不到：NVMe精簡了呼叫方式，執行命令時不需要讀取暫存器；而AHCI每條命令則需要讀取4次暫存器，一共會消耗8000次CPU迴圈，從而造成大概2.5微秒的延遲。
NVMe支援同時從多核處理器 接受命令和優先處理請求，這在企業級的重負載時優勢明顯。
NVMe加入了自動功耗狀態切換和動態能耗管理功能。裝置從Power State 0閒置50ms後可以切換到Power State 1；繼續閒置的話，在500ms後又會進入功耗更低的Power State 2，切換時會有短暫延遲。SSD在閒置時可以非常快速的控制在極低的水準，在功耗管理上NVMe標準的SSD會比AHCI SSD擁有較大優勢。
2009年Intel開始着手尋找SATA 的替代方案。SATA作為串行介面，採用AHCI規範，其已經成為制約SSD速度的瓶頸。AHCI只有1個命令佇列，佇列深度32。而NVMe可以有65535個命令佇列，每個佇列都可以深達65536個命令。NVMe也充分使用了MSI的2048個中斷向量優勢，延遲大大減小。最新的版本是2.0c；最大頻寬約為16GB/s。[ 9]
2018年，基於NVMe的SSD已經可以突破15TB可用容量，讀頻寬達到6GB/s，100萬IOPS（4KB隨機讀），同時保證微秒級延遲。[ 10]
1.0e（2013年1月）
1.1b（2014年7月）
1.2（2014年11月）
1.2a（2015年10月）
1.2b（2016年6月）
1.2.1（2016年6月）
1.3（2017年5月）
1.3a（2017年10月）
1.3b（2018年5月）
1.3c（2018年5月）
1.3d（2019年3月）
1.4（2019年6月）
1.4a（2020年3月）
1.4b（2020年9月）
2.0（2021年5月）[ 11] 2.0a（2021年7月）
2.0b（2022年1月）
2.0c（2022年10月）
Linux內核的儲存控制堆疊中，NVMe的資料路徑、不同層面下多重內部隊列的位置[ 12] 9Front 2017年3月30日，NVMe驅動程式釋出並供使用[ 13] Chrome OS 2015年2月24日，加入NVMe驅動至內核和開機載入程式，可從NVMe裝置啟動Chrome OS[ 14] [ 15] DragonFly BSD DragonFly 4.6開始內建NVMe驅動程式[ 16] FreeBSD Intel贊助開發的驅動程式已內建於FreeBSD的head、stable/9分支中。[ 17] [ 18] [ 19] Haiku Haiku已有驅動開發時程，但是目前仍未完成[ 20] illumos illumos於2014年10月15日獲得驅動程式支援[ 21] iOS iOS 9開始支援，首款配備了NVMe介面的裝置是iPhone 6S /6S Plus ，也是首款採用NVMe的流動裝置。物理介面和UFS 相同的採用M-PHY PCIe 。接下來Apple 推出的iPad Pro 和iPhone SE 也採用了NVMe[ 22] Linux NVMe的驅動程式最早是英特爾提供的，適用於Linux的內核驅動程式模組。[ 23] [ 24] [ 25] Linux內核 的主線驅動程式當中，Linux內核3.3版開始內建支援而無需安裝額外模組。[ 26]
NVMe採用了多佇列設計，最高支援64k個佇列。2014年1月19日的Linux內核 3.13版開始，block層增加了multi-queue block layer，這一模組可以充分利用多核CPU和底層高速SSD硬件資源，主機CPU的I/O提交佇列可以與SSD側的提交佇列進行繫結，即是說每個CPU核可以與SSD硬件的佇列進行1：1或者n:m（比值取決於硬件設計）進行組態。對上層應用仍然是通用的塊介面。從應用的角度，在某一個CPU Core上產生的IO請求，中斷也會在此CPU Core處理, 效能更優。在SSD效能不是瓶頸的情況下，應用的效能能夠實現在多核環境下按照CPU Core的數量擴充，這點與AHCI的CPU單佇列存取儲存裝置的機制有所不同。
2015年4月12日發佈的Linux內核 4.0版開始，VirtIO區塊層驅動程式，SCSI 驅動層（與SATA 驅動共用）、回環裝置 驅動（loop device ） UBI（unsorted block images ）驅動（供快閃記憶體實作區塊擦寫管理）以及RBD 驅動程式（which exports Ceph RADOS objects as block devices）都被修改，以適應及適配越來越多的NVMe裝置[ 27] [ 28] [ 29] NetBSD NetBSD在2016年的開發版本中初步支援NVMe。[ 30] OpenBSD OpenBSD的NVMe驅動程式自2014年6月開始，由此前開發並釋出USB 、AHCI 驅動程式的高級開發團隊負責。[ 31] [ 32] OS X/macOS Mac OS X 10.10.3（OS X Yosemite ）開始支援NVMe。蘋果公司的Retina MacBook 和2016年發佈MacBook Pro ，配備了使用NVMe的PCIe SSD作為主硬碟機使用。[ 33] Solaris Solaris自Oracle Solaris 11.2開始支援NVMe。[ 34] VMware 英特爾釋出了供VMWare使用的NVMe驅動程式，[ 35] [ 36] [ 37] Windows 微軟在Windows 8.1 和Windows Server 2012 R2 開始，原生支援NVMe裝置。[ 38] [ 39] Windows 7 和Windows Server 2008 R2 提供原生驅動程式支援（Windows 7與Windows Server 2008 R2預設不支援NVMe，需由用戶自行下載獲取）。[ 40]
除了微軟官方提供的驅動程式以外，OpenFabrics Alliance 也有維護一套開放原始碼的NVMe驅動程式，使用於Windows 7、8、8.1、10以及Windows Server 2008 R2、2012、2012 R2，這套驅動程式由數個加入了NVMe工作組的公司開發，包括IDT 、英特爾以及LSI 。[ 41] [ 42]
Compare: NVM Express . NVM Express, Inc. [2017-01-24 ] . （原始內容存檔 於2017-02-07）. NVMe™ is designed from the ground up to deliver high bandwidth and low latency storage access for current and future NVM technologies. Keith Busch. Linux NVMe Driver (PDF) . flashmemorysummit.com. 2013-08-12 [2013-11-05 ] . （原始內容存檔 (PDF) 於2013-11-05）. David Gwynne. man 4 nvme . OpenBSD man page. 2016-04-14 [2016-08-07 ] . （原始內容存檔 於2016-08-21）. nvme(7D) . Oracle. [2014-12-02 ] . （原始內容存檔 於2015-12-09）.存档副本 . [2017-08-22 ] . （原始內容存檔 於2017-05-10）.
NVM Express – scalable, efficient, and industry standard （頁面存檔備份 ，存於互聯網檔案館 ）LFCS: Preparing Linux for nonvolatile memory devices （頁面存檔備份 ，存於互聯網檔案館 ）, LWN.net , April 19, 2013, by Jonathan CorbetMultipathing PCI Express Storage , Linux Foundation , March 12, 2015, by Keith Busch 
