NVMe比SATA介面的SSD究竟快在哪裡？

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今天我們就從技術的層面來了解一下為什麼NVMe比SATA快，快多少。並對一般消費者如何選擇做一個方向性的指導。

技術分析

我們來看一下他們的對比：

走SATA協議的M.2 SSD會被連接到南橋的SATA port上，在其上走傳統的AHCI協議棧（SCSI的一個子集），漫長而延遲很高。AHCI只有1個命令隊列，隊列深度32，如果發生大量小文件操作，就會發生擁堵。

走NVMe的SSD，直接走PCIe通道，協議棧很淺。而NVMe可以有65535個隊列，每個隊列都可以深達65536個命令。NVMe也充分使用了MSI的2048個中斷向量優勢，延遲大大減小，尤其大量小文件時速度更是飛快。

從操作系統的協議棧本身來看：

AHCI還是基於傳統的塊傳輸。而NVMe使用了一種叫做「Doorbell」的機制來充分利用了極長的隊列，大大減小了延遲。

數據

我們來一起看一下具體的數據。首先來看NVＭe如何減小了協議棧本身的時間消耗，我們用blktrace工具來分析一組傳輸在應用程序層、操作系統層、驅動層和硬體層消耗的時間和佔比，來了解AHCI和NVMe協議的性能區別：

硬碟HDD作為一個參考基準，它的時延是非常大的，達到14ms，而AHCI為125us，NVMe為111us。我們從圖中可以看出，NVMe相對AHCI，協議棧及之下所佔用的時間比重明顯減小，應用程序層面等待的時間佔比很高，這是因為SSD物理硬碟速度不夠快，導致應用空轉。NVMe也為將來Optane硬碟這種低延遲介質的速度提高留下了廣闊的空間。

在實際使用情況如何呢？我們以MySQL資料庫來說：

1）是一個SATA SSD硬碟，雜草叢生的綠色表面大量時間在等待。

2）是四個SATA SSD組成了RAID，等待時間減小了不少。

3）是一個NVMe的硬碟，幾乎看不到綠色了，幾乎不再等待。

4）是RAM disk，綠色完全沒有了，用戶態佔比很高。

從上面的分析，我們可以看出NVMe相對SATA協議，在軟體和硬體上做了巨大優化，大大減小了協議棧的無謂消耗（overhead）,提高了響應度。

結語

對性能十分敏感的伺服器市場已經越來越多的使用NVMe了：

那麼對於一般消費者呢？當然是盡量選擇NVMe了，尤其是SATA的M.2價格相對並不便宜，存在僅僅是為了適用於老的主板。

有些主板做了特殊處理，BIOS根據插入的M.2硬碟不同，可以走PCH的SATA通道或者走PCIe通道支持NVMe，這時一定要買NVMe的SSD。這麼做BIOS需要修改不少，有些主板廠商或主板廠商的BIOS承包商為了簡單和一些安全考慮，出廠時限定了支持哪種，這時就需要閱讀主板說明書，別買錯了，就只能退貨了。當然老的主板只支持SATA的介面，就無從選擇了。

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