解密新技術，PCI-E和NVME標準詳解

    前段時間影馳名人堂 PCI-E SSD 4卡組成RIAD O陣列，爆出連續讀取突破9540MB/S的殘暴數據。

    單卡連續讀寫方面也分別達到了2250.23MB/S和1260.92MB/S。出色表現比起企業級產品都不遑多讓。而到底這種數倍于當前主流SSD的性能突破是怎么形成的呢？后面又有怎樣的技術在支撐？今天就讓小編來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。采用了目前業內流行的點對點串行連接，比起PCI以及更早期的計算機總線的共享并行架構，每個設備都有自己的專用連接，不需要向整個總線請求帶寬，而且可以把數據傳輸率提高到一個很高的頻率，達到PCI所不能提供的高帶寬。

    關于規格和速率

    PCI Express也有多種規格，從PCI Express 1X到PCI Express 16X。目前最高的16X 2.0版本可達到10GB/s，而且還有相當大的發展潛力。PCI-Express最新的接口是PCIe 3.0接口，其比特率為8GT/s，約為上一代產品帶寬的兩倍，并且包含發射器和接收器均衡、PLL改善以及時鐘數據恢復等一系列重要的新功能，用以改善數據傳輸和數據保護性能。

    PCI-E特點

    1、抗干擾性強，傳輸通道專有性點對點串行連接。

    2、傳輸速率快，支持雙向傳輸模式，還可以運行全雙工模式。

    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當中，全稱Non-Volatile Memory Express，非易失性存儲器標準，NVM是指非易失性存儲，后面的Express簡寫為e，也可以參考PCIe的e。通過設計，NVM Express允許現代固態硬盤發現是由主機的硬件和軟件充分利用并行性水平。減少了I/O架空帶來改進以前的邏輯設備的接口，包括各種性能的比較多，長命令隊列，并減少延遲。NVM Express設備存在形式的標準尺寸的PCI Express擴展卡，作為形式因素的設備，通過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存儲設備和11.2對于內部安裝的計算機擴展卡規范還支持NVM Express為邏輯設備接口。

    NVME特點

    1、延時更低

    NVMe的一大優勢就是低延遲。這主要是因為流線型的存儲堆棧，NVMe無需讀取寄存器就可以發出命令。AHCI的每個命令都需要讀取4個不可緩存寄存器，從而導致大約2.5μs的額外延遲。低延時和良好的并行性的優勢就是可以讓SSD的隨機性能得到大幅度提升，在任何隊列深度下都能發揮出較好的速度。

    2、IOPS大增

    NVMe也大大的提升了SSD的IOPS性能，在制定AHCI規范時并行性的想法并沒有完全融合到規范內，利用NCQ功能可以對傳輸能力進行優化，但是接口并不允許SSD真正最大限度地發揮其應有的并行性。 

    3、功耗更低

    NVMe加入了自動功耗狀態切換和動態能耗管理功能，設備從能耗狀態0閑置50ms后可以迅速切換到能耗狀態1，在500ms閑置后又會進入能耗更低的狀態2。雖然切換能耗狀態會產生短暫延遲，但閑置時這兩種狀態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擁有較大優勢，這一點對增加筆記本電腦等移動設備的續航尤其有幫助。

    4、驅動適用性廣 

    NVMe標準的也解決了不同PCIe SSD之間的驅動適用性問題。此前的PCIe SSD，均需要安裝驅動程序后才能正常使用，而不同的廠商又各自為政，每個廠商產品都有自己的驅動，SSD也不能作為引導使用。但支持NVMe標準之后，PCIe SSD就可適用于多個不同平臺，也不需要廠商獨立提供驅動支持。目前Windows、Linux、Solaris、Unix、VMware、UEFI等都加入了對NVMe SSD的支持。

    總結：PCI-E和NVME作為新一代總線接口和為其量身定制的標準，目前，隨著SSD性能需求的增長，SATA 6Gbps和AHCI將逐漸成為存儲設備發展瓶頸，越來越多的PCI-E SSD出現在消費級市場上，2015到2016將是一個跨越，相信以NVMe標準的存儲產品將會逐漸占據市場。成為普及新選擇。■