微星在前段時(shí)間放出消息，用戶通過(guò)更新旗下X99、Z97、H97系列主板BIOS到最新版本，即可獲得對(duì)NVMe的支持。官方表示，相比目前主流的AHCI，通過(guò)新的NVMe標(biāo)準(zhǔn)接入的SSD，可以獲得大幅度的性能提升。但是對(duì)于大多數(shù)用戶來(lái)說(shuō)，NVMe接口標(biāo)準(zhǔn)可能并不熟悉，即使有所耳聞，可能也覺(jué)得只是在高端專業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用得多，與一般民用無(wú)緣。但隨著SSD性能的提升，SATA接口和AHCI已經(jīng)逐漸成為存儲(chǔ)的瓶頸所在，PCIe和NVMe的組合取代前者只是時(shí)間問(wèn)題。下面筆者就為大家簡(jiǎn)單解析一下NVMe的特性，以及相較于AHCI究竟有哪些優(yōu)勢(shì)。

　　AHCI就要過(guò)時(shí)了？新接口標(biāo)準(zhǔn)NVMe淺析

　　在開(kāi)始介紹NVMe技術(shù)之前，我們不妨回過(guò)頭來(lái)看一下2011年時(shí)的SSD產(chǎn)品。當(dāng)時(shí)市面上絕大部分的SSD產(chǎn)品都跟2.5英寸機(jī)械硬盤一樣，有著同樣的外形規(guī)格，使用同樣的SATA接口，以及同樣的接口標(biāo)準(zhǔn)（AHCI）。雖然當(dāng)時(shí)SSD的性能和可靠度也在逐步提高，但仍然難以達(dá)到SATA  6Gbps的極限，限制SSD性能發(fā)揮的，更多與SSD內(nèi)部的閃存、主控和固件有關(guān)。然而，新技術(shù)研發(fā)總是具有令人驚嘆的前瞻性——2011年3月，NVMe  1.0標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布。

　　事實(shí)上，NVMHCI（非易失性存儲(chǔ)主控制器接口）最早在2007年的Intel 開(kāi)發(fā)者論壇上已被提出，并在同年由Intel  領(lǐng)銜成立了NVMHCI工作組。該工作組的成員還包括了美光、戴爾、三星、Marvell、NetAPP、EMC、IDT等公司，而他們的目標(biāo)，就是要將未來(lái)存儲(chǔ)產(chǎn)品的性能，從SATA和AHCI之中解放出來(lái)。下面我們就來(lái)談一下NVMe的優(yōu)勢(shì)所在。

　　低延遲

　　因?yàn)锳HCI標(biāo)準(zhǔn)本身就是為高延遲的機(jī)械硬盤而設(shè)，雖然SSD發(fā)展至今，主流產(chǎn)品依然沿用了機(jī)械硬盤時(shí)代的那一套，但已經(jīng)開(kāi)始不能滿足性能的高速發(fā)展，特別是在延遲方面。而面向PCIe  SSD產(chǎn)品的NVMe標(biāo)準(zhǔn)，降低存儲(chǔ)時(shí)出現(xiàn)的高延遲，就是其要解決的問(wèn)題之一。

　　NVMe PCIe SSD可有效降低延遲

　　造成硬盤存儲(chǔ)時(shí)延遲的三大因素，存儲(chǔ)介質(zhì)本身、控制器，以及軟件接口標(biāo)準(zhǔn)。由上圖可以發(fā)現(xiàn)，比起AHCI，NVMe可以大幅度降低控制器和軟件接口部分的延遲，原因有以下兩個(gè)：

　　NVMe面向的是PCIe  SSD，原生PCIe主控與CPU直接相連，而不是傳統(tǒng)方式，通過(guò)南橋控制器中轉(zhuǎn)，再連接CPU（當(dāng)然，如果設(shè)備是接入到南橋提供的PCIe接口上，那么這部分的延遲也不會(huì)降低多少）；

　　NVMe精簡(jiǎn)了調(diào)用方式，執(zhí)行命令時(shí)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(huì)消耗8000次CPU循環(huán)，從而造成2.5μs的延遲。

　　但我們從圖中也可以看出，即使NVMe有效降低了控制器與軟件接口之間的延遲，存儲(chǔ)介質(zhì)本身仍然是造成延遲的最主要原因。撇開(kāi)延遲有點(diǎn)突破天際的機(jī)械硬盤不說(shuō)，現(xiàn)在SSD使用的NAND閃存本身也會(huì)造成約50μs的延遲（不同NAND的延遲差別也比較大，僅以圖中例子說(shuō)明）。要解決存儲(chǔ)介質(zhì)造成的較高延遲，還需要依賴于未來(lái)可能應(yīng)用的諸如PCM、RRAM、MRAM等新式存儲(chǔ)器。

　　IOPS性能提升

    隊(duì)列深度的大幅提升

　　另外，NVMe的另一個(gè)重點(diǎn)則是提高SSD的IOPS（每秒讀寫(xiě)次數(shù)）性能。如果我們有詳細(xì)了解過(guò)SSD的主控參數(shù)，應(yīng)該知道會(huì)有隊(duì)列深度這個(gè)參數(shù)。理論上，IOPS=隊(duì)列深度/  IO延遲，故IOPS的性能，與隊(duì)列深度有較大的關(guān)系（但I(xiàn)OPS并不與隊(duì)列深度成正比，因?yàn)閷?shí)際應(yīng)用中，隨著隊(duì)列深度的增大，IO延遲也會(huì)提高）。市面上性能不錯(cuò)的SATA接口SSD，在隊(duì)列深度上都可以達(dá)到32，然而這也是AHCI所能做到的極限。但目前高端的企業(yè)級(jí)PCIe  SSD，其隊(duì)列深度可能要達(dá)到128，甚至是256才能夠發(fā)揮出最高的IOPS性能。而NVMe標(biāo)準(zhǔn)下，最大的隊(duì)列深度可達(dá)64000。此外，NVMe的隊(duì)列數(shù)量也從AHCI的1，提高了64000。

　?。▓D表數(shù)據(jù)來(lái)自Tom‘s Hardware）隊(duì)列深度基本要達(dá)到128以上，才能發(fā)揮最高性能

　　驅(qū)動(dòng)適用性廣

　　主流操作系統(tǒng)已經(jīng)逐漸開(kāi)始支持NVMe

　　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。（當(dāng)然，這個(gè)優(yōu)勢(shì)并不是相對(duì)AHCI而言，而是相對(duì)于其他需要采用獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的PCIe SSD）

　　低功耗

　　最后，在功耗方面，因?yàn)樵鶳CIe可以直接與CPU相連，沒(méi)有了中間轉(zhuǎn)接過(guò)程所產(chǎn)生的功耗；另外在能耗管理上，加入了自動(dòng)功耗狀態(tài)切換和動(dòng)態(tài)能耗管理功能，相比起主流的SATA接口SSD也擁有較大的功耗優(yōu)勢(shì)。

　　2NVMe接口標(biāo)準(zhǔn)能否迅速普及？

　　NVMe接口標(biāo)準(zhǔn)能否迅速普及？

　　微星以 Intel P3700 SSD為例，演示AHCI與NVMe性能差別

    本文最初提到了微星率先在旗下9系主板中加入了NVMe的支持，但是否意味著支持NVMe的PCIe  SSD就會(huì)很快在民用平臺(tái)普及開(kāi)來(lái)呢？筆者個(gè)人認(rèn)為這個(gè)答案是否定的，微星加入對(duì)NVMe支持具有更多的象征性意義。

　　首先，也是最重要的一點(diǎn)，目前普通民用級(jí)PC完全用不到這么高的性能，即使真讓我們使用了，當(dāng)前的應(yīng)用體驗(yàn)也不會(huì)讓我們有那種當(dāng)初從機(jī)械硬盤跨入固態(tài)硬盤時(shí)代的“快感”。

　　Intel DC P3700 800GB SSD售價(jià)2414美元

　　支持NVMe的SSD的售價(jià)在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)，仍然達(dá)不到普通民用可以接受的水平。企業(yè)級(jí)的Intel P3600 800GB  官方指導(dǎo)價(jià)為1569美元，P3700 800GB更是高達(dá)2414美元。三星的SM951 M.2  SSD勉強(qiáng)也算是民用級(jí)支持NVMe的SSD，但是面向OEM領(lǐng)域，主要用于高端超極本之中，雖然萬(wàn)能的X寶也有賣，不過(guò)256GB版本的價(jià)格也達(dá)到了1799元。

　　下代CPU直接提供的PCIe 3.0通道數(shù)仍為16條

　　平臺(tái)方面，目前主流消費(fèi)級(jí)CPU，提供的PCIe 3.0通道數(shù)為16條，下一代的Skylake-S同樣維持在這個(gè)數(shù)目。把NVMe  SSD接入到與CPU直連的接口中，會(huì)搶占顯卡的PCIe通道（如果你有安裝顯卡的話），從而一定程度上降低顯卡性能；但如果接入的是南橋提供的接口，延遲和傳輸帶寬也可能會(huì)受到影響，也不能完全發(fā)揮出NVMe  SSD的性能優(yōu)勢(shì)。

　　因此，綜上所述，在兩年內(nèi)，NVMe依然很難在主流領(lǐng)域普及開(kāi)來(lái)。但是在SATA  6Gbps和AHCI已經(jīng)逐漸成為存儲(chǔ)設(shè)備發(fā)展瓶頸的今天，各種走PCIe通道的SSD，以及NVMe標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)是接下來(lái)存儲(chǔ)產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)。Intel  9系主板就已經(jīng)加入了可走PCIe通道的M.2接口，100系主板還會(huì)有對(duì)同是走PCIe通道的SATA  Express的原生支持。值得一提的是，100系的中高端芯片組還將支持到PCIe  3.0，通道數(shù)量也會(huì)有較大提高（9系為8條，100系中Z170為20條，H170為16條），帶寬和擴(kuò)展能力都能達(dá)到極大的提升，這無(wú)疑也是Intel 為PCIe  SSD的普及而鋪路。

　　下代芯片組的擴(kuò)展能力將會(huì)大大提升，PCIe SSD也將走入主流