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PCIe儲存應用新發展:PCIe一統未來高速儲存標準, NVMe與SATA Express新登場
文/張明德 (記者) 2014-01-23
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為了追求更高的傳輸效能,借用PCIe高頻寬特性的儲存技術日漸增加,繼各廠商各行其是的發展後,NVMe與SATA Express這兩種共通的PCIe儲存標準規範,也應運而生

借用高頻寬、低延遲的PCIe匯流排作為儲存傳輸通道使用,已經不是什麼新概念,重點在於如何使用PCIe。目前的PCIe儲存裝置雖然已相當多,卻處於各廠商自行其是的狀況,除了使用PCIe介面這一點相同外,從裝置的外型尺寸、驅動程式,到使用的PCIe規格都不相同(從PCIe 1.1的×4或×8,到PCIe 2.0的×4、×8、×16,甚至PCIe 3.0都有),因此PCIe儲存裝置的安裝,遠不像SAS或SATA硬碟那般方便,用戶必須視伺服器規格與作業平臺類型,仔細選擇合適的產品。

為解決缺乏統一標準所衍生的亂象,近來出現了一些共通的PCIe儲存標準。

NVMe:支援SSD存取最佳化
NVMe的全名是Non-Volatile Memory Express,顧名思義就知道這是專門為了非揮發性記憶體儲存裝置,也就是SSD,而發展的規範。

NVMe由Intel主導,並得到Cisco、Dell、EMC、NetApp與Oracle等眾多大廠的支持與參與,目的是統一PCIe儲存裝置的標準,定義了SSD控制器與作業系統之間的暫存器介面、指令集與功能集,藉由共通、並針對SSD最佳化的介面標準,來促進PCIe SSD的發展與推廣,讓未來的PCIe儲存裝置能像SAS/SATA硬碟般隨插即用,只要符合NVMe標準,就能方便地安裝到所有主要平臺上使用。

除了用於伺服器端外,NVMe也能用在SAN儲存設備之中,取代SAN儲存設備內部連接磁碟裝置用的SAS介面,以便為後端的SSD提供最佳化的效能。

目前NVMe的發展仍處於起步階段,NVMe的應用牽涉到SSD的Flash記憶體控制器、SSD產品與作業系統等環節。目前Intel與其他NVMe參與廠商已提供了Windows、Linux、VMware、Solaris、FreeBSD、UEFI等平臺的NVMe參考驅動程式,最終目標是讓所有作業系統都原生內含NVMe驅動程式,如去年剛推出的Windows 8.1便能原生支援NVMe。

在SSD使用的Flash記憶體控制器方面,晶片組廠商IDT在2012年8月率先發表首款支援NVMe的Flash控制器,LSI收購SandForce後,亦在2013年9月展示了支援NVMe的Flash控制器。

不過在SSD產品方面,目前支援NVMe的SSD還非常少,只有三星剛在半年前發表了首款2.5吋磁碟型式的NVMe SSD——XS175。
SATA的傳輸速度發展
SATA介面的發展,到了SATA 3.0便面臨瓶頸,一方面,6Gb/s的頻寬已無法滿足SSD的需要,以致成了制約SSD發展的瓶頸。但若採取類似SAS介面升級到12Gb/s的模式,又需在升級成本方面付出許多代價,且時間上也緩不濟急。
於是SATA-IO組織選擇了不同的升級路線,從SATA 3.2/SATA Express起,SATA將改為透過嫁接PCIe 3.0的方式,獲得大幅提高的傳輸頻寬,並利用PCIe 3.0更高效率的編碼,來大幅縮減overhead,進一步提高資料傳輸效率。


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