NVMe SSD高速传输的背后 原理竟然是这样

　　闪存技术发展到如今，想必大家对固态硬盘已经足够熟悉，固态硬盘发展到今天各类别的定位差已经十分明显。市面上主流的消费级基本有大容量主打性价比的 SATA、mSATA SSD，以及主打高性能的 NVMe M.2 SSD。

　　970EVO Plus NVMe M.2 SSD

　　大约从 2015 年开始，NVMe 这个词开始被各大科技媒体重视起来，也正是从这个时间开始有更多的台式机主板、笔记本电脑开始搭载支持 PCI-E 总线标准的M.2 插槽，这就让读写更高速的 NVMe M.2 SSD 有了用武之地。随着个人存储数据量的不断增加，传统 AHCI 标准的 SATA SSD 已经跟不上消费者的性能需求，高端 SSD 领域几乎已经成为了走 PCI-E 通道的M.2 NVMe SSD 的天下。那么什么是 NVMe 呢，它对于使用它的 SSD 有哪些优势呢？

　　NVMe 为何能够如此之快

　　NVMe 是一项相对较新的存储技术，专为 SSD 而生，早在 2011 年就已经出现 1.0 版本。它与传统的 SATA SSD 相比最直观的提升就是性能翻倍。那 NVMe 是如何实现如此巨大的性能提升呢，今天小编就来为大家科普。

　　NVMe 与 SATA（图源见水印）

　　二者的工作原理如图，我们可以看到，走 SATA 的 SSD 会被连接到南桥的 SATA port 上，因为其仅支持传统的 AHCI 协议。我们要知道 AHCI 只有 1 个命令队列，如果此时有大量的文件操作需求，便会出现拥堵的现象。而支持 NVMe 传输协议的 SSD 直接走 PCIe，并且 NVMe 的队列数量达到了惊人的五位数，它让电脑和固态硬盘之间的通路大大增加，因此能够充分利用这个优势，大大降低了延迟，进而实现了数倍于 SATA SSD 的性能。

　　NVMe 优势所在

　　低延时。NVMe 标准与 AHCI 标准相比首先就是更低的延时。因为这个标准是面向 PCI-E SSD 而生的，因此可以与 CPU 直连从而免去了 AHCI 与 SAS 接口的外置控制器（PCH）与 CPU 通信所带来的延时。在调用方式上，NVMe 并不需要读取寄存器，而 AHCI 则需要读取 4 次，所以进一步降低延时。

　　IOPS 提升

　　高 IOPS。由于传统的 AHCI 设置原因，所以 IOPS 性能不高。而 NVMe SSD 队列深度一般可以提升到 64000 以上，所以 IOPS 能力也会得到大幅提升。

　　低功耗。NVMe 加入了自动功耗状态切换和动态能耗管理功能，在 Power State 0 状态下你的 SSD 闲置时间达到 50ms 后便可以切换到 Power State 1 状态，在 Power State 1 状态下闲置时间达到 500ms 后，进入功耗更低的 Power State 2 状态。所以，与现在主流的 AHCI SSD 相比，NVMe 在功耗方面的优势也十分明显。

　　未来发展趋势

　　在 NVMe 传输协议没有普及前，市场上就出现了 PCIe 通道的M.2 接口形态的固态银盘，但受限于传输协议的原因，仅可以实现 SATA SSD 6Gbps 的性能。

　　而低延时的 NVMe 加上无延时的 PCIe 通道背书，可以直接连接 CPU 提高通道带宽，能够让固态硬盘的性能得到进一步提升，所以 NVMe 协议的M.2 SSD 未来势必稳坐高性能 SSD 的宝座。