NVMe到底是什么?用它的SSD有啥优势?

有玩过SSD的朋友应该都清楚想要让SSD发挥出真正实力的话要去BIOS里面把SATA控制器模式切换成AHCI,对SATA设备来说使用AHCI模式的确是正确的选择,切换成AHCI可获得更好的性能。但是现在最新存储接口M.2和SATA-E接口走的都是PCI-E通道,对与PCI-E来说AHCI可不是一个好的选择,想发挥最佳性能其实需要新的标准——NVMe。

NVMe到底是什么?用它的SSD有啥优势?
Intel 750就是NVMe SSD的代表作

有关注SSD的朋友应该今年听到NVMe这个词的频率应该不低,这个原本只在企业级产品上应用的产品在Intel与三星的推动下现在已经进入消费级市场了,随着高端SSD的战场已经向PCI-E和M.2接口转移,老旧的AHCI标准已经不合时宜,越来越多的主控厂商推出支持NVMe的主控,未来也会有更多支持NVMe标准的SSD推向市场,那么NVMe到底是啥呢?

NVMe到底是什么?用它的SSD有啥优势?

如果说AHCI的话大家应该会了解多一点,NVMe其实与AHCI一样都是逻辑设备接口标准(是接口标准,不是接口!不是接口!不是接口!因为很重要所以说三次),NVMe全称Non-Volatile Memory Express,非易失性存储器标准,是使用PCI-E通道的SSD一种规范,NVMe的设计之初就有充分利用到PCI-E SSD的低延时以及并行性,还有当代处理器、平台与应用的并行性。SSD的并行性可以充分被主机的硬件与软件充分利用,相比与现在的AHCI标准,NVMe标准可以带来多方面的性能提升。

NVMe的由来

现在所用的SATA接口与AHCI标准其实是为高延时的机械硬盘而设计的,目前主流SSD依然继续使用它们,早期SSD性能不高时可能还不觉得有什么问题,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标准并不太适合低延时的SSD。

当然,业界早就意识到这一问题,2009年下半年,关于NVMe的技术工作正式启动,NVMe规范由包含90多家公司在内的工作小组所定制,Intel是主要领头人,小组成员包括美光、戴尔、三星、Marvell、NetAPP、EMC、IDT等公司,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,NVMe标准正式出炉,该标准是根据闪存存储的特点量身定制的,新的标准解除了旧标准施放在SSD上的各种限制。2012年标准升级到NVMe 1.1,最新的NVMe 1.2标准是在2014所推出的。

首款支持NVMe标准的产品是三星XS1715,与2013年7月所发布,随后陆续有企业级的NVMe标准SSD推出,直到今年Intel 750发布,NVMe标准的产品才开始进入消费级市场。

NVMe的优势一:低延时

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说到NVMe标准对比AHCI标准的优势,其中之一就是低延时,看上图比较直观,NVMe标准是面向PCI-E SSD的,使用原生PCI-E通道与CPU直连可以免去SATA与SAS接口的外置控制器(PCH)与CPU通信所带来的延时。

在软件层方面,NVMe标准的延时只有AHCI的一半不到,NVMe精简了调用方式,执行命令时不需要读取寄存器;而AHCI每条命令则需要读取4次寄存器,一共会消耗8000次CPU循环,从而造成大概2.5微秒的延迟。

NVMe到底是什么?用它的SSD有啥优势?
更低的延时可让SSD的4KB QD1传输能力暴涨

NVMe的优势二:IOPS大增

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另外NVMe也大大的提升了SSD的IOPS性能,在制定AHCI规范时并行性的想法并没有完全融合到规范内,利用NCQ功能可以对传输能力进行优化,但是接口并不允许SSD真正最大限度地发挥其应有的并行性。

现在SSD测试通常最多只会测试到队列深度为32的IOPS能力,其实终究原因这是AHCI的上限,其实许多闪存主控可以提供更好的队列深度。而NVMe则可以把最大队列深度从32提升到64000,SSD的IOPS能力也会得到大幅提升。

NVMe到底是什么?用它的SSD有啥优势?

NVMe还支持同一时间从多核处理器接受命令和优先处理请求,这个特性在企业级的重负载时优势就会显露出来。

NVMe到底是什么?用它的SSD有啥优势?

低延时和良好的并行性的优势就是可以让SSD的随机性能得到大幅度提升,我们测试过的Intel 750就是一块NVMe SSD,它的随机性能表现绝对是一流的,在任何队列深度下都能发挥出极佳的速度。

NVMe的优势三:功耗更低

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NVMe加入了自动功耗状态切换和动态能耗管理功能,设备从Power State 0闲置50ms后可以切换到Power State 1,继续闲置的话,在500ms后又会进入功耗更低的Power State 2,切换时会有短暂延迟。SSD在闲置时可以非常快速的控制在极低的水平,在功耗管理上NVMe标准的SSD会比现在主流的AHCI SSD拥有较大优势,这一点对移动设备来说尤其重要,可以显著增加笔记本和平板电脑的续航能力。

NVMe的优势四:驱动适用性广

NVMe到底是什么?用它的SSD有啥优势?

驱动程序的兼容性也是所有PCI-E SSD的一个共有问题,每个产品都有对应不同系统的专用驱动,这方面有些厂商做的非常出色,而另一些则 不怎么样,然而许多PCI-E SSD需要加载驱动才能够正常引导。

NVMe标准的出现解决了这个问题,NVMe SSD可以很方便的匹配不同的平台、系统,无需厂家提供相应的驱动就可以正常工作,目前Windows、Linux、Solaris、Unix、VMware、UEFI等都加入了对NVMe SSD的支持。当然Intel的产品拥有自己的驱动程序,不安装Intel驱动的话SSD能正常工作,但是性能不能完全发挥,之前测试Intel 750时就有这个问题,其他厂商的不知道怎么样。

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