解密新技術(shù)，PCI-E和NVME標(biāo)準(zhǔn)詳解

    前段時(shí)間影馳名人堂 PCI-E SSD 4卡組成RIAD O陣列，爆出連續(xù)讀取突破9540MB/S的殘暴數(shù)據(jù)。

    單卡連續(xù)讀寫方面也分別達(dá)到了2250.23MB/S和1260.92MB/S。出色表現(xiàn)比起企業(yè)級(jí)產(chǎn)品都不遑多讓。而到底這種數(shù)倍于當(dāng)前主流SSD的性能突破是怎么形成的呢？后面又有怎樣的技術(shù)在支撐？今天就讓小編來(lái)給大家解開其神秘面紗。

    PCI-E

    PCI-E全稱是PCI Express，是新一代的總線接口。采用了目前業(yè)內(nèi)流行的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行連接，比起PCI以及更早期的計(jì)算機(jī)總線的共享并行架構(gòu)，每個(gè)設(shè)備都有自己的專用連接，不需要向整個(gè)總線請(qǐng)求帶寬，而且可以把數(shù)據(jù)傳輸率提高到一個(gè)很高的頻率，達(dá)到PCI所不能提供的高帶寬。

    關(guān)于規(guī)格和速率

    PCI Express也有多種規(guī)格，從PCI Express 1X到PCI Express 16X。目前最高的16X 2.0版本可達(dá)到10GB/s，而且還有相當(dāng)大的發(fā)展?jié)摿ΑCI-Express最新的接口是PCIe 3.0接口，其比特率為8GT/s，約為上一代產(chǎn)品帶寬的兩倍，并且包含發(fā)射器和接收器均衡、PLL改善以及時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)等一系列重要的新功能，用以改善數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)保護(hù)性能。

    PCI-E特點(diǎn)

    1、抗干擾性強(qiáng)，傳輸通道專有性點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行連接。

    2、傳輸速率快，支持雙向傳輸模式，還可以運(yùn)行全雙工模式。

    3、支持熱拔插以及熱交換特性。

    4、兼容性好不僅可用于南橋和其他設(shè)備的連接，也可以延伸到芯片組間的連接，甚至也可以用于連接圖形芯片。

    NVME

    NVMe當(dāng)中，全稱Non-Volatile Memory Express，非易失性存儲(chǔ)器標(biāo)準(zhǔn)，NVM是指非易失性存儲(chǔ)，后面的Express簡(jiǎn)寫為e，也可以參考PCIe的e。通過(guò)設(shè)計(jì)，NVM Express允許現(xiàn)代固態(tài)硬盤發(fā)現(xiàn)是由主機(jī)的硬件和軟件充分利用并行性水平。減少了I/O架空帶來(lái)改進(jìn)以前的邏輯設(shè)備的接口，包括各種性能的比較多，長(zhǎng)命令隊(duì)列，并減少延遲。NVM Express設(shè)備存在形式的標(biāo)準(zhǔn)尺寸的PCI Express擴(kuò)展卡，作為形式因素的設(shè)備，通過(guò)2.5英寸一四通道PCI Express接口提供u.2連接器（原名SFF-8639）。SATA Express存儲(chǔ)設(shè)備和11.2對(duì)于內(nèi)部安裝的計(jì)算機(jī)擴(kuò)展卡規(guī)范還支持NVM Express為邏輯設(shè)備接口。

    NVME特點(diǎn)

    1、延時(shí)更低

    NVMe的一大優(yōu)勢(shì)就是低延遲。這主要是因?yàn)榱骶€型的存儲(chǔ)堆棧，NVMe無(wú)需讀取寄存器就可以發(fā)出命令。AHCI的每個(gè)命令都需要讀取4個(gè)不可緩存寄存器，從而導(dǎo)致大約2.5μs的額外延遲。低延時(shí)和良好的并行性的優(yōu)勢(shì)就是可以讓SSD的隨機(jī)性能得到大幅度提升，在任何隊(duì)列深度下都能發(fā)揮出較好的速度。

    2、IOPS大增

    NVMe也大大的提升了SSD的IOPS性能，在制定AHCI規(guī)范時(shí)并行性的想法并沒(méi)有完全融合到規(guī)范內(nèi)，利用NCQ功能可以對(duì)傳輸能力進(jìn)行優(yōu)化，但是接口并不允許SSD真正最大限度地發(fā)揮其應(yīng)有的并行性。 

    3、功耗更低

    NVMe加入了自動(dòng)功耗狀態(tài)切換和動(dòng)態(tài)能耗管理功能，設(shè)備從能耗狀態(tài)0閑置50ms后可以迅速切換到能耗狀態(tài)1，在500ms閑置后又會(huì)進(jìn)入能耗更低的狀態(tài)2。雖然切換能耗狀態(tài)會(huì)產(chǎn)生短暫延遲，但閑置時(shí)這兩種狀態(tài)下的功耗可以控制在非常低的水平，因此在能耗管理上，相比起主流的SATA接口SSD擁有較大優(yōu)勢(shì)，這一點(diǎn)對(duì)增加筆記本電腦等移動(dòng)設(shè)備的續(xù)航尤其有幫助。

    4、驅(qū)動(dòng)適用性廣 

    NVMe標(biāo)準(zhǔn)的也解決了不同PCIe SSD之間的驅(qū)動(dòng)適用性問(wèn)題。此前的PCIe SSD，均需要安裝驅(qū)動(dòng)程序后才能正常使用，而不同的廠商又各自為政，每個(gè)廠商產(chǎn)品都有自己的驅(qū)動(dòng)，SSD也不能作為引導(dǎo)使用。但支持NVMe標(biāo)準(zhǔn)之后，PCIe SSD就可適用于多個(gè)不同平臺(tái)，也不需要廠商獨(dú)立提供驅(qū)動(dòng)支持。目前Windows、Linux、Solaris、Unix、VMware、UEFI等都加入了對(duì)NVMe SSD的支持。

    總結(jié)：PCI-E和NVME作為新一代總線接口和為其量身定制的標(biāo)準(zhǔn)，目前，隨著SSD性能需求的增長(zhǎng)，SATA 6Gbps和AHCI將逐漸成為存儲(chǔ)設(shè)備發(fā)展瓶頸，越來(lái)越多的PCI-E SSD出現(xiàn)在消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)上，2015到2016將是一個(gè)跨越，相信以NVMe標(biāo)準(zhǔn)的存儲(chǔ)產(chǎn)品將會(huì)逐漸占據(jù)市場(chǎng)。成為普及新選擇。■