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[SSD] NVME SSD的优势、问题以及未来趋势

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  • TA的每日心情

    2017-4-14 10:01
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    [LV.2]偶尔看看I

    发表于 2017-6-3 10:09:27 | 显示全部楼层 |阅读模式

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      NVME SSD和SATA SSD是花开并蒂,红莲白藕青荷叶,三教原来是一家。

      NVME SSD和SATA SSD虽然源出同门,但是为什么差别这么大呢?举例来说就像孙悟空到斜月三星洞学艺。这么多师兄师弟,孙悟空后来居上,神通远远不是其他师兄弟可比,这是为何?孙悟空硬件条件好,他天生石猴,女娲五彩石,加王母娘娘的一滴精血,孕育了他。这来历,这天赋,这硬件条件,都是了不得的。另外菩提老祖教法术时,还给孙悟空开小灶。孙悟空的师兄弟学的是粗使拳脚,孙悟空学的是飞天遁地的神通,这就是软件技术上的差距。NVME SSD性能远远好过SATA SSD,原因也是无非软硬件的因素。

      NVME SSD相比SATA SSD的优势在于:PCI-E接口(硬件)、NVME协议(软件)。

    我们先来看相对于SATA SSD,NVME SSD在接口上的优势。

    SATA:


      SATA接口的SSD,需要经过I/O controller,Bus controller,才能和CPU通信。I/O,Input/output,输入输出。总线(Bus)是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线。

    PCI-E:


      NVME SSD与CPU之间的数据通信,只通过RC寄存器模块。RC全称Root Complex, 作为连接CPU/内存和外部设备的枢纽,Root Complex在整个PCI Express 体系结构中处于核心位置,它是I/O与CPU/内存系统连接的最顶层。

      总结:相对于普通SATA接口的SSD来说,NVME SSD与CPU进行数据通信不需经过南桥,更简单,快捷,带宽更大。SATA3.0的通信速度为3Gbps或1.5Gbps。而PCI-E 3.0X16或者支持PCI-E的M.2接口的通信速度为32Gbps。也就是从接口上来说,NVME SSD可比SATA SSD快近10倍。现在最快的SATA3.0接口的SSD也不过为500-600M/S,那么它的10倍,5000-6000M/S,堪称恐怖。

      这就是NVME SSD对普通SATA SSD的接口优势。

      NVME SSD光有PCI-E接口也白搭。就像普罗米修斯造人一样,造完了还得让雅典娜吹一口灵气,人才有了灵魂。所以NVME协议也是至关重要的。我们再来看看NVME标准到底有何优势。

    AHCI标准每条命令需要读取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。而 NVMe标准精简了调用方式,执行命令时不需要读取寄存器,延时是AHCI标准的一半不到。

      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NCQ最高可以支持命令深度级数为32级。其实主控完全可以提供更好的队列深度。但是被SSD接口所限制了。在接触接口限制后。NVMe标准理论上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。IOPS,即每秒进行读写的次数。

      总结:NVME标准下SSD执行命令的延时大大减小了,队列纵深增强了,IOPS大大增加了。

      NVME SSD相对于SATA SSD的优势是NVME标准,PCI-E接口。很多时候人们在谈到SSD的PCI接口时都用NVME一言辟之。这不是搞“三个代表”,随便代表就可以的。NVME和PCI-E是一软一硬,泾渭分明的。因为前有扑朔迷离,雌雄难辨的说法,所以我这才将NVME SSD 的NVME和PCI-E分开来说。

      NVME标准、PCI-E接口相对于SATA/AHCI的优势是巨大的。而且它们让NVME SSD的性能还有大把的发展空间。可以说NVME SSD取代SATA SSD是大势所趋,天命所归的。

      但是NVME SSD的发展却面临3个问题,不仅有如何把NVME SSD性能充分的发挥,如何降低生产成本,还有如何降低使用温度这个“老大难”问题。这些问题估计还是得从主控和NAND FLASH上着手。

      那么NVME SSD的主控和NAND FLASH可说是至关重要的。NVME SSD在NAND FLASH上使用3D NAND是必要的。3D NAND随着产量的增加,成本会逐渐降低,另外3D NAND还具有储存密度大,读写速度快,使用寿命长的特点。由于NVME SSD的读写速度快,势必会对NAND FLASH的读写速度和安全性等有所要求。就好比干重活的人,如果没有好的体质是不行的,身体是革命的本钱。对于那些用所谓“MLC”来做NVME SSD的NAND FLASH的,比如建兴T10,我表示质疑。3D NAND是NVME SSD的主流,逆时代而动的就是反动派,一切反动派都是纸老虎!对于NVME SSD来说就连3D NAND都还需要发展进步,才能满足,“MLC”凭什么逆时代而动?

      我们再来说NVME SSD的主控。主控的好坏程度和SSD的性能成正比。NVME SSD要发挥更高性能,那么好的主控是必须的。但是好的主控就意味着价格更高。连普通SATA SSD的价格现在都让人受不了了,高性能高价格的NVME SSD必定只能少量存在。

      NVME SSD的NAND、主控暂时按兵不动。第三个问题,它的使用温度,这个问题却是迫在眉睫的。NVME SSD的使用温度过高让NVME SSD相对SATA SSD有再大的优势也让人望而却步。但是入门级NVME SSD已经找到了它们对付这个“老大难”问题的办法。

      下面举例一些主流的NVME SSD,看它们是如何解决NVME使用温度的。INTEL 600P用低速来实现NVME SSD低使用温度。阿斯加特AN Series M.2 SSD,主控SMI,3D NAND,读写分别为,1850M/S,850M/S,另外还加了高级散热片,它在使用温度上也让人无需操心。另外建兴T10,据我所知,主控加了高温限速功能,这一紧箍咒,而且唐长老脾气坏动不动就念。




      SSD价格上涨可能持续相当长的一段时间。对于一般的玩家来说,高性能的NVME SSD遥不可及。现在并不适合追求高端的NVME SSD。而超高性价比的入门级NVME SSD显然更适合我们。入门级NVME,比SATA SSD快很多,速度优势已经有了。入门NVME SSD价格上比SATA SSD略高,比中高端NVME SSD低很多,所以价格优势它也有了。只要使用温度控制得好,那么入门级NVME SSD就值了!因此在找到不增加成本而解决NVME SSD使用温度之前,入门级NVME SSD将占据硬盘市场主流,并且这会持续相当长的一段时间。



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