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为什么 NVMe 比 ATA 更​​好？

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为什么 NVMe 比 ATA 更​​好？

SATA M.2 SSD 在物理层上使用 SATA，并使用 ATA 作为数据传输的软件协议。

NVMe M.2 SSD 在物理层使用 PCIe，并使用 NVMe 作为数据传输的软件协议。

我被告知这个问题。

当然，PCIe 比 SATA 更​​快，因此 NVMe SSD 的速度更快。

但为什么它需要新的软件协议？为什么我们不能让 PCIe M.2 SSD 支持 ATA？(*)

我认为更高的速度来自 PCIe，而不是来自 NVMe 协议。我们为什么需要 NVMe？

(*) 我认为 AHCI 不是必需的，因为 SSD 可以通过其 PCI 地址寻址。此外，ATA 可以传输磁盘大小等元数据。

答案1

虽然我再也找不到相关参考资料了，但我记得的一个具体区别是 NVMe 的设计目的是高度平行。我可能记错了，但是：

  • 通过传统 IDE 的 ATA 根本不支持并行命令。

  • ATA 通过 AHCI 支持 NCQ，允许发出最多 32 条命令（这些命令可能以任何顺序返回数据），尽管并非所有命令都是“可排队的”。SCSI 还支持“标记排队”，允许发出最多 16 条命令。

    如果我理解正确的话，这意味着使用固态磁盘（没有“寻道时间”），这些数字足够低，即使是最大大小的队列也会立即处理，并且磁盘会返回到不执行任何操作的状态，直到主机注意到并发出更多请求。

  • 另一方面，NVMe 的设计允许最多 64,000 个排队命令，从而允许 SSD 在需要时保持持续繁忙。

类似的比较可以参见群联（一家 SSD 控制器制造商）的博客，具体来说这张桌子，其中写道：

  • AHCI仅支持单个命令队列；NVMe并行支持多个队列。
  • AHCI 对连接到同一控制器的所有端口使用单个中断；NVMe 允许多个中断。
  • 据我了解，这意味着单个 CPU 核心必须处理来自/到连接到 AHCI 控制器的所有磁盘的所有 I/O，而 NVMe 允许不同的核心同时读取或写入数据。 （但也许大多数 NVMe 磁盘都带有自己的控制器，而 AHCI 控制器通常每个系统一个，或很少两个，这也可能有帮助。）

也可以看看：

为什么我们不能让 PCIe M.2 SSD 支持 ATA？(*)

(*) 我认为 AHCI 不是必需的，因为 SSD 可以通过其 PCI 地址来寻址。

即使 SSD 自带控制器（一些早期的 NVMe 前 SSD 确实有！），你仍然需要 AHCI 之类的东西，因为它定义了如何磁盘需要通过其 PCI 地址进行访问，等等。AHCI 与获取磁盘特定信息无关 - 这些信息始终通过 ATA“识别设备”和类似命令完成。但需要就如何将这些命令提交给磁盘以及如何接收响应（特别是 DMA 和队列等）达成一致 - 这就是 AHCI 的目的。

当然，SSD 可以使用 ATA 而不是 AHCI，只要操作系统有相应的驱动程序（就像许多在 AHCI 出现之前)，但最终这些“非标准”设备会趋向于一种新的标准协议，无论它被命名为NVMe还是其他。

（尽管 ATA 已经可以在没有 AHCI 的情况下通过传统 PCI IDE 接口或通过网络（如 AoE（以太网上的 ATA））使用，但它在这些用途上并不像 SCSI 那样流行——SCSI 也可以通过不同的传输方式使用，如 SAS、FireWire、Infiniband 和 iSCSI；最后 NVMe 可以通过使用 NVMe-oF 的网络使用。）

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