传统的机械硬盘或者固态硬盘（SSD），通过 SATA （串行）连接南桥芯片，其速率收到 SATA 带宽限制。其中 SATA 2 带宽为 3Gb/s，而 SATA 3 带宽为 6Gb/s。
SATA 有两种工作模式可以选择：ATA 和 AHCI。其中 ATA 是硬件模拟传统 IDE 的一种方法，表面是串行接口，实际还是 IDE 运行方式。AHCI 则是一种新的传输模式，专门为 SATA 接口设计，可让 SATA 存储设备激活高级 SATA 功能，例如原生指令队列及热插拔，传输数据更快捷有效。
AHCI 的核心是 NCQ 技术，是一种用于改进高负荷下硬盘的性能和稳定性的技术。当用户的应用程序发送多条指令到用户的硬盘，NCQ 技术可以优化完成这些指令的顺序，降低机械负荷，达到提升性能的目的。 NCQ 技术是一种使硬盘内部优化工作负荷执行顺序，通过对内部队列中的命令进行重新排序，实现智能数据管理，从而改善硬盘因机械部件受到的各种性能制约。
可以看出，SATA 接口与 AHCI 标准其实是为高延迟的机械硬盘而设计的，在 SSD 时代依然是主流。早期 SSD 性能不高加上容量小，不觉得有什么问题，但是随着 SSD 的性能逐渐增强，这些标准已经成为限制 SSD 的一大瓶颈，专为机械硬盘而设计的 AHCI 标准并不适合低延时的 SSD。
业界早就意识到了这一问题，2009 年下半年 Intel 领导的 NVMe 技术工作正式启动，小组成员包括美光、三星、戴尔、Marvell 等 90 多家公司，目的就是为 SSD 建立新的存储规范标准，让它在老旧的 SATA 与 AHCI 中解放出来。
2011年3月，来自业界各成员公司合作开发的“NVM express 规范”1.0 版正式出炉，该标准针对闪存存储的特点量身定制，解除了旧标准施加在 SSD 上的各种限制。该规范的第 1.1 版于2012年10月11日发布，1.2 版于2014年11月发布，目前最新的版本是2017年10月发布的 1.3a。
NVMe 标准使用原生 PCI-E 通道与 CPU 直连，可以免去 SATA 的外置控制器（PCH）与 CPU 通信所带来的延时。需要特别强调的是，NVMe 是一种总线传输协议规范，并不是接口。目前常见的 NVMe SSD 有 M.2 和 PCI-E 两种接口。
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