經常裝系統的人都知道想要讓SSD發揮出真正實力的話要去BIOS里面把SATA控制器模式切換成AHCI,因為切換成AHCI可獲得更好的性能。但是現在最新存儲接口M.2和SATA-E接口走的都是PCI-E通道,但是對于PCI-E來說AHCI可不是一個好的選擇,老舊的AHCI標準已經不合時宜,想發揮最佳性能其實需要新的標準——NVMe。
如果說AHCI的話大家應該會了解多一點,NVMe其實與AHCI一樣都是邏輯設備接口標準,NVMe全稱Non-Volatile Memory Express,非易失性存儲器標準,是使用PCI-E通道的SSD一種規范,NVMe的設計之初就有充分利用到PCI-E SSD的低延時以及并行性,還有當代處理器、平臺與應用的并行性。SSD的并行性可以充分被主機的硬件與軟件充分利用,相比于現在的AHCI標準,NVMe標準可以帶來多方面的性能提升。
NVMe的由來
現在所用的SATA接口與AHCI標準其實是為高延時的機械硬盤而設計的,目前主流SSD依然繼續使用它們,早期SSD性能不高時可能還不覺得有什么問題,但是隨著SSD的性能逐漸增強,這些標準已經成為限制SSD的一大瓶頸,專為機械硬盤而設計的AHCI標準并不太適合低延時的SSD。
當然,業界早就意識到這一問題,2009年下半年,關于NVMe的技術工作正式啟動,NVMe規范由包含90多家公司在內的工作小組所定制,Intel是主要領頭人,小組成員包括美光、戴爾、三星、Marvell、EMC、IDT等公司,目的就是為SSD建立新的存儲規范標準,讓它在老舊的SATA與AHCI中解放出來。
Agrade 工業級NVMe SSD實測速度
2011年,NVMe標準正式出爐,該標準是根據閃存存儲的特點量身定制的,新的標準解除了舊標準施放在SSD上的各種限制。2012年標準升級到NVMe 1.1,2014年升級到NVMe1.2,2017年升級到NVMe1.3,最新的NVMe 1.4標準是在2019發布的,該標準提供了更快、更簡單、更容易擴展的技術, 并進一步完善了NVMe技術,NVMe 1.4緩沖區的新特性降低了延遲和SSD設計的復雜性。
NVME的優勢
NVMe的優勢一:低延時
說到NVMe標準對比AHCI標準的優勢,其中之一就是低延時, NVMe標準是面向PCI-E SSD的,使用原生PCI-E通道與CPU直連可以免去SATA與SAS接口的外置控制器(PCH)與CPU通信所帶來的延時。在軟件層方面,NVMe標準的延時只有AHCI的一半不到,NVMe精簡了調用方式,執行命令時不需要讀取寄存器;而AHCI每條命令則需要讀取4次寄存器,一共會消耗8000次CPU循環,從而造成大概2.5微秒的延遲。
NVMe的優勢二:IOPS大增
另外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。現在SSD測試通常最多只會測試到隊列深度為32的IOPS能力,其實終究原因這是AHCI的上限,其實許多閃存主控可以提供更好的隊列深度。而NVMe則可以把最大隊列深度從32提升到64000,SSD的IOPS能力也會得到大幅提升。NVMe還支持同一時間從多核處理器接受命令和優先處理請求,這個特性在重負載時優勢就會顯露出來。另外,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。
NVMe的優勢三: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Power State 0閑置50ms后可以切換到Power State 1,繼續閑置的話,在500ms后又會進入功耗更低的Power State 2,切換時會有短暫延遲。SSD在閑置時可以非常快速的控制在極低的水平,在功耗管理上NVMe標準的SSD會比現在主流的AHCI SSD擁有較大優勢,這一點對移動設備來說尤其重要,可以顯著增加筆記本和平板電腦的續航能力。
NVMe的優勢四:驅動適用性廣
驅動程序的兼容性也是所有PCI-E SSD的一個共有問題,每個產品都有對應不同系統的專用驅動,這方面有些廠商做的非常出色,然而許多PCI-E SSD需要加載驅動才能夠正常引導。NVMe標準的出現解決了這個問題,NVMe SSD可以很方便的匹配不同的平臺、系統,無需廠家提供相應的驅動就可以正常工作,目前Windows、Linux、Solaris、Unix、VMware、UEFI等都加入了對NVMe SSD的支持。