從IDE到NVMe：淺談?dòng)脖P接口協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展史

作為存儲(chǔ)重要資料的載體，硬盤從誕生到現(xiàn)在都是電腦的重要組成部分，而無(wú)數(shù)的硬盤構(gòu)成了整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)社會(huì)，而每一個(gè)消費(fèi)者的電腦中也有數(shù)塊硬盤，而硬盤也從傳統(tǒng)的機(jī)械硬盤一直進(jìn)化到如今的SSD，那么在過(guò)去的幾十年內(nèi)，硬盤的接口標(biāo)準(zhǔn)究竟經(jīng)歷了多少次變化？未來(lái)能否有更先進(jìn)的接口標(biāo)準(zhǔn)推出？我們一起來(lái)回顧下硬盤接口標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展史。

IDE（ATA）

在硬盤接口歷史洪流中，率先跟我們見(jiàn)面的應(yīng)該就是IDE接口了，IDE的英文全稱為“Integrated Drive Electronics”，即“電子集成驅(qū)動(dòng)器”，或者叫“集成設(shè)備電路”。IDE是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口，主要用于硬盤和CD-ROM，本意為“把控制器與盤體集成在一起的硬盤”。

隨后由于機(jī)械硬盤的升級(jí)，IDE所能提供的帶寬就不夠了，因此相關(guān)的組織定義了新的名字叫SATA，而原來(lái)的IDE則被更名為PATA，在2013年的時(shí)候，隨著硬盤廠商正式停產(chǎn)PATA的硬盤，一共經(jīng)歷了27年的PATA就此消失在歷史之中。

而SATA則是到目前為止仍然在使用的硬盤接口，無(wú)論是傳統(tǒng)的機(jī)械硬盤還是部分SSD，都采用了SATA進(jìn)行連接。在2001年，由Intel、APT、Dell、IBM這幾大廠商組成的Serial ATA委員會(huì)正式確立了Serial ATA1.0規(guī)范，目前SATA的主流標(biāo)準(zhǔn)為SATA 3.0，可以達(dá)到600MB/s的速度。

和傳統(tǒng)的PATA標(biāo)準(zhǔn)相比，SATA的優(yōu)勢(shì)包括支持熱插拔 ，傳輸速度快，執(zhí)行效率高，具備了更強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，能對(duì)傳輸指令進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤會(huì)自動(dòng)矯正，這在很大程度上提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。?dāng)然SATA的線纜更加簡(jiǎn)潔，方便用戶裝機(jī)的走線。當(dāng)然SATA時(shí)代還是專門為機(jī)械硬盤進(jìn)行設(shè)計(jì)，面對(duì)速度無(wú)限增長(zhǎng)的SSD就開(kāi)始有點(diǎn)力不從心了，此時(shí)就需要更新的接口標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議來(lái)滿足SSD的需求。

AHCI

在SATA誕生之后，為了更有效地管理采用SATA接口的設(shè)備，由英特爾領(lǐng)銜的技術(shù)組織又制定了高級(jí)主機(jī)控制器接口也就是AHCI，它可以讓SATA存儲(chǔ)設(shè)備激活高級(jí)SATA功能，例如原生指令隊(duì)列及熱插拔。

AHCI通過(guò)包含一個(gè)基址寄存器，來(lái)實(shí)現(xiàn)原生SATA功能。由于AHCI統(tǒng)一接口的研發(fā)成功，使得支持串行ATA產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)工作大為簡(jiǎn)化，操作系統(tǒng)和設(shè)備制造商省去了單獨(dú)開(kāi)發(fā)接口的工作，取而代之的是直接在統(tǒng)一接口上進(jìn)行操作。

當(dāng)然AHCI仍然是基于傳統(tǒng)的SATA接口研發(fā)，而隨著SSD的速度達(dá)到了SATA 3.0的閾值，整個(gè)行業(yè)需要有全新的協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)來(lái)滿足SSD的日益發(fā)展，于是現(xiàn)在高端SSD使用的NVMe協(xié)議就此誕生。

NVMe

NVMe協(xié)議是在PCIe SSD開(kāi)始大量出現(xiàn)在市場(chǎng)上后，因?yàn)楦鱾€(gè)廠家的私有協(xié)議不具有兼容性，無(wú)法和現(xiàn)有操作系統(tǒng)無(wú)縫銜接，英特爾為了統(tǒng)一接口協(xié)議建立生態(tài)，而在2011年發(fā)布了NVMe協(xié)議。

和AHCI協(xié)議相比，NVMe具有極高的性能提升，可大幅降低延遲，此外NVMe可以把最大隊(duì)列深度從32提升到64000，SSD的IOPS能力也會(huì)得到大幅提升，同時(shí)SSD的延遲也大幅降低，此外不單單是SSD，其他的基于PCIe通道的產(chǎn)品也可以使用NVMe協(xié)議，從而實(shí)現(xiàn)眾多設(shè)備的統(tǒng)一管理。

作為采用NVMe協(xié)議的存儲(chǔ)設(shè)備，鎧俠RD10就是一款性能出色的旗艦級(jí)SSD。說(shuō)起鎧俠，實(shí)際上就是原來(lái)的東芝存儲(chǔ)改名而來(lái)，由日語(yǔ)的"記憶(kioku)"和希臘語(yǔ)的"價(jià)值(axia)"兩個(gè)詞組合而成。對(duì)此，官方稱這是融合了"記憶"與"價(jià)值"的雙重含義。

鎧俠RD10支持NVMe協(xié)議 PCIE3.0 *4通道，官方最高速度讀寫速度可達(dá)3400MB/s 3200MB/s，共有512GB、1TB、2TB三種容量可供選，作為一款定位電競(jìng)游戲用戶的高速NVMe固態(tài)硬盤產(chǎn)品，其性能屬于當(dāng)前TLC硬盤市場(chǎng)中的旗艦水準(zhǔn)。

從存儲(chǔ)系統(tǒng)的發(fā)展來(lái)看，接口和協(xié)議的發(fā)展是根據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備的需求而誕生了，如果存儲(chǔ)設(shè)備的速度到了一個(gè)瓶頸，那么整個(gè)行業(yè)將會(huì)推出新的接口來(lái)滿足它們，當(dāng)然未來(lái)如果NVMe協(xié)議不能滿足存儲(chǔ)設(shè)備的性能需求，自然也會(huì)有更新的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)取代NVMe協(xié)議。