8f7661b50d1c1b5060fe05d3d9e423a3 NVMe 聽起來是很遙遠的東西,因為當前只應用在價格不斐的商用固態硬碟產品上,和個人電腦之間並沒有什麼交集。不過 MSI 日前發布消息,指出自家採用 Intel 最新 9 系列晶片組的主機板,更新韌體之後將能獲得 NVMe 支援。官方宣稱 NVMe 相較於 AHCI,可大幅提升固態硬碟存取性能,讓我們來一探虛實。

9 系列晶片組新利多,幾乎全產品線支援

MSI 日前發布訊息,旗下採用 Intel 最新 X99、Z97、H97 等晶片組的主機板產品,開放下載最新版本韌體,率先納入支援 NVMe。其中多數產品也有在台灣上市販售,只不過總部位在台灣的 MSI,台灣官網並未釋出這項訊息,反而是先在英文官網發布。官方宣稱,使用相容於 NVMe 的 PCI Express 介面固態硬碟,存取性能將能大幅超越 AHCI 架構。


▲ MSI 以 Intel SSD DC P3700 為測試範例,藉以宣稱 NVMe 架構的傳輸性能優勢。

從相容產品清單來看,MSI 不只是挑選特定產品提供支援,採用前述晶片組的產品線幾乎全數包含在內。隨機挑選了幾款板子進行比對,從版本來看 MSI 是老早就將 NVMe 實作進去,直到近期累積了一定數量,才正式對外釋出消息。好比 Z97 MPOWER MAX AC 這款,台灣官網已於去年 12 月 25 日釋出 1.8 版韌體,和這波宣稱支援 NVMe 建議的下載版本相同,連內容大小也是一致。


▲ MSI 英文官網所釋出的 NVMe 支援產品清單。

NVMe 針對商業應用強化架構,簡易的 AHCI 適合個人用

NVMe 是 NVM Express(Non-Volatile Memory Express)的簡寫,意即為非揮發性記憶體儲存裝置,是由 Intel 所主導開發與制定規範。作用和它相同,大家也比較熟悉的是 AHCI(Advanced Host Controller Interface,進階主機控制器介面),兩者皆為儲存裝置與作業系統端,一種包含指令集、快閃記憶體存取控制、RTL(Register Transfer Level,暫存器傳輸級)、驅動程式層等介面標準。

AHCI 自 SATA 3Gb/s 推出起開始普遍應用,與傳統傳輸架構相較下,重大變革是新增了 NCQ(Native Command Queuing,原生指令佇列)指令集,這兩個字眼大家應該都不陌生。AHCI 應用從當年只有傳統硬碟機,一路延續到當前堪稱普及的消費性 2.5 吋固態硬碟,以及未來之星 PCI Express 固態硬碟上。


▲ 左為傳統 SATA 介面,右半邊為新世代 PCIe 化產品,兩者基礎結構層比較示意圖。

反觀 NVMe 是誕生在固態硬碟崛起時代,因應既有 SAS 與 SATA 傳輸介面,已經不再能夠滿足超高傳輸頻寬應用需求,Intel 一出手便選定結合 PCIe 匯流排介面來最佳化固態硬碟架構。不過其應用範疇是鎖定在企業市場,和個人導向的 AHCI 截然不同,因此當前只有少數商用 PCIe 固態硬碟產品支援,性能雖好但價格相對於 AHCI 產品是高上一大截。


▲ AHCI 與 NVMe 重點特性比較:NVMe 除了指令佇列高出一截,還支援 MSI、MXI-I 中斷、如 4K 小檔隨機存取性能強化、I/O 虛擬化架構、MIMO 存取能力等機能。簡而言之,就是 NVMe 架構傳輸效率優於 AHCI。

NVMe 與 AHCI 彈性高,可應用於多種介面標準

SATA、SAS、NVMe、AHCI、PCIe 等字眼,用中文口語來說可能都會用上「傳輸介面」這字眼,一時間很容易讓人傻傻分不清。其實這相當容易釐清,簡單來說就是傳統的 SATA、SAS 傳輸介面,除了各自具備獨立的傳輸控制標準,如 SATA 是對應到 AHCI,雙方也各自擁有獨立的連接器、電器特性。由於外觀相當容易辨識,並不會讓人指鹿為馬,是過去相當容易區分的方法。

而 NVMe 和 AHCI,如前述是一種儲存裝置傳輸控制標準,因此得以抽離應用在不同電器特性與連接器標準上。如當前普遍結合 PCIe 匯流排應用,除了標準 PCIe 介面卡式產品,NVMe 與 AHCI 也可以實作應用在所謂的 SATA Express、M.2 介面產品上。結合 PCIe 的 NVMe,優勢是存取、指令佇列延遲時間,較傳統 SATA、SAS 傳輸介面來得短,而且具備較為優異的多工作業能力,這差異如當年 PATA 與 SCSI 相比那般。


▲ 傳輸介面轉變簡單示意圖,以往介面規範一個蘿蔔一個坑,未來控制器將轉向整合支援多種介面標準,控制訊號傳遞延遲縮短,相對能提升存取性能。

不過回歸現實來說,儲存裝置結合 PCIe 匯流排介面,這趨勢雖然已經萌生幾年,但直到當前都還並未普遍化起來。如我們先前在「固態硬碟介面轉進 PCIe 逐漸白熱化,速度衝破 1GB/s 甩開 SATA」一文所做介紹,關鍵是卡在固態硬碟控制器,原生支援 PCIe 乃至於 NVMe、AHCI 等標準的產品,目前選擇性仍然相當有限。因此即便 NVMe 老早就推廣進商用市場,時程還比個人用 PCIe、AHCI 產品誕生時間早一些,但兩者在目前都是稀有高價玩物。


▲ 圖例為 Intel SSD DC P3700,當前支援 NVMe 標準的固態硬碟不多,因此應用仍侷限在商業市場。

率先插旗未必是虛晃一招,好戲還在後頭

無論如何,MSI 率先打出支援 NVMe 口號,礙於現實可說是只有宣示性意義,並不具有什麼實質效益。不過這就像是先有雞蛋還是先有雞這問題,即便現在有消費性等級 PCIe、NVMe 固態硬碟產品上市,如果欠缺相對應搭配環境,那麼便和 MSI 現在宣稱支援 NVMe 一樣無用武之地。

故對於這點是可以樂觀其成,反正 Windows 8.1/8/7、Windows Server 2012/2012 R2/2008/2008 R2 等作業系統(64bit 版本為主),已經原生內建 NVMe 驅動程式,就看固態硬碟實體產品到底何時才能順利補上臨門一腳。


▲ Kingston 預計 2 月推出 HyperX Predator PCIe 固態硬碟,所採用控制器概觀而言是支援 NVMe,但實際結果仍得視 Kingston 設定為主。另一即將推出的產品為 Plextor M7e,雖然上市時程尚未確定,或許都是促成 MSI 搶先宣布支援 NVMe 的動力之一。

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