微星在前段時間放出消息，用戶通過更新旗下X99、Z97、H97系列主板BIOS到最新版本，即可獲得對NVMe的支持。官方表示，相比目前主流的AHCI，通過新的NVMe標準接入的SSD，可以獲得大幅度的性能提升。但是對于大多數用戶來說，NVMe接口標準可能并不熟悉，即使有所耳聞，可能也覺得只是在高端專業領域應用得多，與一般民用無緣。但隨著SSD性能的提升，SATA接口和AHCI已經逐漸成為存儲的瓶頸所在，PCIe和NVMe的組合取代前者只是時間問題。下面筆者就為大家簡單解析一下NVMe的特性，以及相較于AHCI究竟有哪些優勢。
AHCI就要過時了？新接口標準NVMe淺析
在開始介紹NVMe技術之前，我們不妨回過頭來看一下2011年時的SSD產品。當時市面上絕大部分的SSD產品都跟2.5英寸機械硬盤一樣，有著同樣的外形規格，使用同樣的SATA接口，以及同樣的接口標準（AHCI）。雖然當時SSD的性能和可靠度也在逐步提高，但仍然難以達到SATA 6Gbps的極限，限制SSD性能發揮的，更多與SSD內部的閃存、主控和固件有關。然而，新技術研發總是具有令人驚嘆的前瞻性——2011年3月，NVMe 1.0標準正式發布。
事實上，NVMHCI（非易失性存儲主控制器接口）最早在2007年的Intel 開發者論壇上已被提出，并在同年由Intel 領銜成立了NVMHCI工作組。該工作組的成員還包括了美光、戴爾、三星、Marvell、NetAPP、EMC、IDT等公司，而他們的目標，就是要將未來存儲產品的性能，從SATA和AHCI之中解放出來。下面我們就來談一下NVMe的優勢所在。
低延遲
因為AHCI標準本身就是為高延遲的機械硬盤而設，雖然SSD發展至今，主流產品依然沿用了機械硬盤時代的那一套，但已經開始不能滿足性能的高速發展，特別是在延遲方面。而面向PCIe SSD產品的NVMe標準，降低存儲時出現的高延遲，就是其要解決的問題之一。
NVMe PCIe SSD可有效降低延遲
造成硬盤存儲時延遲的三大因素，存儲介質本身、控制器，以及軟件接口標準。由上圖可以發現，比起AHCI，NVMe可以大幅度降低控制器和軟件接口部分的延遲，原因有以下兩個：
NVMe面向的是PCIe SSD，原生PCIe主控與CPU直接相連，而不是傳統方式，通過南橋控制器中轉，再連接CPU（當然，如果設備是接入到南橋提供的PCIe接口上，那么這部分的延遲也不會降低多少）；
NVMe精簡了調用方式，執行命令時不需要讀取寄存器；而AHCI每條命令則需要讀取4次寄存器，一共會消耗8000次CPU循環，從而造成2.5μs的延遲。
但我們從圖中也可以看出，即使NVMe有效降低了控制器與軟件接口之間的延遲，存儲介質本身仍然是造成延遲的最主要原因。撇開延遲有點突破天際的機械硬盤不說，現在SSD使用的NAND閃存本身也會造成約50μs的延遲（不同NAND的延遲差別也比較大，僅以圖中例子說明）。要解決存儲介質造成的較高延遲，還需要依賴于未來可能應用的諸如PCM、RRAM、MRAM等新式存儲器。
IOPS性能提升
隊列深度的大幅提升
另外，NVMe的另一個重點則是提高SSD的IOPS（每秒讀寫次數）性能。如果我們有詳細了解過SSD的主控參數，應該知道會有隊列深度這個參數。理論上，IOPS=隊列深度/ IO延遲，故IOPS的性能，與隊列深度有較大的關系（但IOPS并不與隊列深度成正比，因為實際應用中，隨著隊列深度的增大，IO延遲也會提高）。市面上性能不錯的SATA接口SSD，在隊列深度上都可以達到32，然而這也是AHCI所能做到的極限。但目前高端的企業級PCIe SSD，其隊列深度可能要達到128，甚至是256才能夠發揮出最高的IOPS性能。而NVMe標準下，最大的隊列深度可達64000。此外，NVMe的隊列數量也從AHCI的1，提高了64000。
（圖表數據來自Tom‘s Hardware）隊列深度基本要達到128以上，才能發揮最高性能
驅動適用性廣
主流操作系統已經逐漸開始支持NVMe
NVMe標準的也解決了不同PCIe SSD之間的驅動適用性問題。此前的PCIe SSD，均需要安裝驅動程序后才能正常使用，而不同的廠商又各自為政，每個廠商產品都有自己的驅動，SSD也不能作為引導使用。但支持NVMe標準之后，PCIe SSD就可適用于多個不同平臺，也不需要廠商獨立提供驅動支持。目前Windows、Linux、Solaris、Unix、VMware、UEFI等都加入了對NVMe SSD的支持。（當然，這個優勢并不是相對AHCI而言，而是相對于其他需要采用獨立驅動的PCIe SSD）
低功耗
最后，在功耗方面，因為原生PCIe可以直接與CPU相連，沒有了中間轉接過程所產生的功耗；另外在能耗管理上，加入了自動功耗狀態切換和動態能耗管理功能，相比起主流的SATA接口SSD也擁有較大的功耗優勢。
2NVMe接口標準能否迅速普及？
NVMe接口標準能否迅速普及？
微星以 Intel P3700 SSD為例，演示AHCI與NVMe性能差別
本文最初提到了微星率先在旗下9系主板中加入了NVMe的支持，但是否意味著支持NVMe的PCIe SSD就會很快在民用平臺普及開來呢？筆者個人認為這個答案是否定的，微星加入對NVMe支持具有更多的象征性意義。
首先，也是最重要的一點，目前普通民用級PC完全用不到這么高的性能，即使真讓我們使用了，當前的應用體驗也不會讓我們有那種當初從機械硬盤跨入固態硬盤時代的“快感”。
Intel DC P3700 800GB SSD售價2414美元
支持NVMe的SSD的售價在未來的一段時間內，仍然達不到普通民用可以接受的水平。企業級的Intel P3600 800GB 官方指導價為1569美元，P3700 800GB更是高達2414美元。三星的SM951 M.2 SSD勉強也算是民用級支持NVMe的SSD，但是面向OEM領域，主要用于高端超極本之中，雖然萬能的X寶也有賣，不過256GB版本的價格也達到了1799元。
下代CPU直接提供的PCIe 3.0通道數仍為16條
平臺方面，目前主流消費級CPU，提供的PCIe 3.0通道數為16條，下一代的Skylake-S同樣維持在這個數目。把NVMe SSD接入到與CPU直連的接口中，會搶占顯卡的PCIe通道（如果你有安裝顯卡的話），從而一定程度上降低顯卡性能；但如果接入的是南橋提供的接口，延遲和傳輸帶寬也可能會受到影響，也不能完全發揮出NVMe SSD的性能優勢。
因此，綜上所述，在兩年內，NVMe依然很難在主流領域普及開來。但是在SATA 6Gbps和AHCI已經逐漸成為存儲設備發展瓶頸的今天，各種走PCIe通道的SSD，以及NVMe標準將會是接下來存儲產品的發展趨勢。Intel 9系主板就已經加入了可走PCIe通道的M.2接口，100系主板還會有對同是走PCIe通道的SATA Express的原生支持。值得一提的是，100系的中高端芯片組還將支持到PCIe 3.0，通道數量也會有較大提高（9系為8條，100系中Z170為20條，H170為16條），帶寬和擴展能力都能達到極大的提升，這無疑也是Intel 為PCIe SSD的普及而鋪路。
下代芯片組的擴展能力將會大大提升，PCIe SSD也將走入主流