NVMe 与 AHCI

Posted 2020-08-02 zengkefu

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AHCI： NCQ技术,600MB/S，一个队列，每个队列32个指令

NVME：65000个队列，每个队列65000指令，3.2GB/S

NVMe是什么？

　　2011年时，Non-Volatile Memory Express 非易失性存储器标准即NVMe规范正式出炉，这是专门针对NVND闪存和下一代存储设备所提出的规范。它基于闪存的特点而研发，其目的是尽可能缩小存储系统和内存带宽之间的差距。企业级SSD上已经很多产品采用NVMe规范，不过消费级产品普及要慢一些，目前最新标准是NVMe 1.2。

 

NVMe的优势？

（1）更低的延时：

　　造成硬盘存储时延迟的三大因素，存储介质本身、控制器以及软件接口标准。由上图可以发现，比起AHCI，NVMe可以大幅度降低控制器和软件接口部分的延迟，原因有以下两个：

　　NVMe面向的是PCIe SSD，原生PCIe主控与CPU直接相连，而不是传统方式，通过南桥控制器中转，再连接CPU（当然，如果设备是接入到南桥提供的PCIe接口上，那么这部分的延迟也不会降低多少）；

　　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2.5μs的延迟。

（2）更高的传输性能

　　NVMe的另一个重点则是提高SSD的IOPS（每秒读写次数）性能。如果我们有详细了解过SSD的主控参数，应该知道会有队列深度这个参数。理论上，IOPS=队列深度/ IO延迟，故IOPS的性能，与队列深度有较大的关系（但IOPS并不与队列深度成正比，因为实际应用中，随着队列深度的增大，IO延迟也会提高）。市面上性能不错的SATA接口SSD，在队列深度上都可以达到32，然而这也是AHCI所能做到的极限。但目前高端的企业级PCIe SSD，其队列深度可能要达到128，甚至是256才能够发挥出最高的IOPS性能。而NVMe标准下，最大的队列深度可达64000。此外，NVMe的队列数量也从AHCI的1，提高了64000。

（3）更低的功耗控制

更低的能耗管理

 　　NVMe加入了自动功耗状态切换和动态能耗管理功能，如图例所示，设备从能耗状态0闲置50ms后可以迅速切换到能耗状态1，在500ms闲置后又会进入能耗更低的状态2。虽然切换能耗状态会产生短暂延迟，但闲置时这两种状态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拥有较大优势，这一点对增加笔记本电脑等移动设备的续航尤其有帮助。另外，因为原生PCIe可以与CPU直连，数据传输时没有了中间转接过程所产生的功耗，也会在一定程度上降低能耗。