NVMe PCIe 5.0 -standardi: ominaisuudet ja erot 4.0: sta

NVMe PCIe 5.0 -standardi

Ensimmäiset PCIe 5.0 -tukea tukevat NVMe SSD -salamaohjaimet ovat nyt todellisuutta, ja niillä on kyky saavuttaa ensimmäistä kertaa kaksinkertaisina gigatavuja sekunnissa. Mutta mitä hyötyä on NVMe PCIe 5.0 -tekniikan käyttöönotosta kotona ja mitkä ovat haasteet?

Yksi suorituskyvyn maksimeista on, että järjestelmä on vain niin hidas kuin sen hitain osa sallii. Siksi se pyrkii suorituskyvyn saavuttamiseksi paitsi nopeuttamaan komponenttien, kuten prosessorien ja RAMmutta myös varastointiyksiköistä. Tämä saavutetaan ottamalla käyttöön eri PCIe -standardit NVMe -asemille.

Mikä on salamanohjain?

Controladora Flash NVMe PCIe

Salamaohjain on laitteisto, joka sijaitsee NVMe -muistin tai minkä tahansa muun tyyppisen NAND -muistin ja prosessori or GPU joka haluaa käyttää sitä. Sen tehtävänä on kääntää virtuaaliset osoitteet fyysisiksi osoitteiksi, jotka mahdollistavat suoran pääsyn NVMe -muistilohkoihin, jotka muodostavat SSD säilytysyksikkö.

Nykyään, kun suoritin tai grafiikkasuoritin käyttää mitä tahansa muistitilaa, se tekee sen käyttämällä yhteistä osoitetta, jossa kaikki muistit, joilla heillä on pääsy hierarkiassa, yhdistetään. Sekä suorittimeen että grafiikkasuorittimeen integroidut eri MMU-yksiköt ovat vastuussa kommunikoinnista järjestelmän eri tyyppisten muistien kanssa, RAM, VRAM, mutta myös haihtumaton RAM tai NVRAM, joka on SSM-levyjen NVMe-muisti.

Mutta virtuaalinen osoittaminen on eri asia kuin fyysinen osoite, ja siksi tarvitaan käännösprosessi, jonka suorittaa flash -ohjain. Tätä varten se käyttää muistia, josta se tallentaa osoitteenmuuntotaulukot, lähdetiedot virtuaalisen osoitteen muodossa ja kohdetiedot fyysisen osoitteen muodossa. Tällainen muisti löytyy NVMe SSD -levyltä, se voi olla järjestelmän RAM-muisti, jos kyseessä on DRAM-vähemmän -malli, tai se voidaan upottaa sulautetuksi muistiksi itse salamalaitteen ohjaimeen.

Flash -ajurit NVMe PCIe 5.0: lle, arvostelu

Marvel Bravera SC5 NVMe PCIe 5.0

Yksi ensimmäisistä PCI Express 5.0 -yhteensopivista Flash -ohjaimista on Marvell Bravera SC5 . Tämä mahdollistaa tietojen siirtämisen kaistanleveydellä 14 Gb / s 4-rivisen PCI Express 5.0 -väylän alla, mikä tarkoittaa kaistanleveyden kaksinkertaistamista samaan linjoihin verrattuna PCI Express 4.0 -käyttöjärjestelmässä, mutta se ei tarkoita väylän kyllästämistä molemmissa tapauksissa, koska ne voivat saavuttaa 16 Gt / s ja 7 Gt / s.

On otettava huomioon, että flash -ohjain toimii samalla tavalla kuin rajapinnat, jotka kommunikoivat RAM- tai VRAM -muistin kanssa suorittimien ja GPU: iden kanssa. He vastaavat prosessorin tekemien luku- ja kirjoituspyyntöjen käsittelystä. Ja koska nykyään meillä on jo useita ytimiä suorittimessa, on erittäin tärkeää, että flash -ohjaimessa on suuri määrä pääsykanavia. The Marvell Bravera SC5 on yhteensä 16 kanavaa, joten siihen voidaan liittää jopa 16 yksikanavaista tai 8 kaksikanavaista NAND Flash -piiriä.

Kanavat ovat NVMe -muistisirujen määrä, joiden kanssa flash -ohjain voi puhua samanaikaisesti. Huippuluokan NVMe SSD -asemissa on yleensä 2 tai 4 kanavaa, huippuluokan 8 kanavaa ja meillä on erikoistapauksia, kuten PlayStation 5 SSD -levyä 12 kanavalla. Se tosiasia, että Marvell Bravera SC5: llä on 16 kanavaa, sallii sen suuren tallennuskapasiteetin lisäksi sen, että se on ohjain, joka on suunniteltu palvelinmarkkinoille eikä kotitietokoneille.

Suuri kaistanleveys vaatii suurta laskentakapasiteettia

Puente BInario

Tietojen siirtäminen muistista toiseen on yksi suurimmista painajaisista, joita laitteistoarkkitehdit ovat kohdanneet koko tietojenkäsittelyn historiassa. Joukkojen siirtäminen vaatii suorittimen tai grafiikkasuorittimen käyttämään paljon aikaa suorittamalla tarvittavat suoritukset. Siksi aikojen alusta lähtien on luotu laitteistojärjestelmiä, jotka siirtävät tietoja muistista toiseen ilman pääprosessorin osallistumista ja jotka tekevät sen paljon lyhyemmässä ajassa.

Se, että esimerkiksi GPI: lle annetaan pääsy NVMe SSD: n muistiin PCI Express -portin kautta, ei tarkoita, että pääsy voidaan tehdä suoraan vaikuttamatta suorituskykyyn. Uuden sukupolven konsolit, kuten PlayStation 5 ja molemmat Xbox Sarja X, NVMe SSD -yksiköiden sisällyttäminen on tuonut mukanaan integroituja erikoisyksiköitä, jotka vastaavat tietojen siirtämisestä, pakkaamisesta ja purkamisesta SSD -asemalta muistiin, ja ne pyrkivät vapauttamaan sekä CPU: n että GPU: n tällaisista järjestelmistä sellainen kuorma.

Toisaalta PC: llä vain NVIDIA ja AMD näytönohjaimissa, jotka tukevat DirectX 12 Ultimatea, on tällaisia ​​yksiköitä. Tämä johtaa siihen, että laskentatehoa on käytettävä datan liikkeen hallitsemiseksi. Jos suoritin tai grafiikkasuoritin ei ole riittävän nopea suorittamaan tätä hallintaa, syntyy ketjutehoste, joka saa kaikki myöhemmät pyynnöt viivästymään, jolloin kokonaisdata lähetetään ajan murto -osassa.

Mitä muuta NVMe PCIe 5.0 SSD: t tuovat kuin nopeutta?

CXL

Koska ne ovat lineaarinen kehitys verrattuna niihin, jotka käyttävät PCIe 4.0 -liitäntää, voimme sanoa, että melko vähän, mutta kotimaisten PCIe 5.0: n sisältävien NVMe -SSD -levyjen lanseeraus tulee samaan aikaan kuin NVMe 2.0 -standardin käyttöönotto, joka tarjoaa sarjan etuja, jotka ylittävät väylän nopeuden lisäämisen. Siksi molemmat tekijät yhdistetään tämän tyyppisen tallennustilan parantamiseksi lähitulevaisuudessa.

Vaikka meidän on korostettava PCIe 5.0: n parannusta erityisesti sitä on Compute Express Linkin tuki tai CXL. Tämä on ominaisuus. joka on aluksi vain palvelimilla ja yksinkertaistaa laitteiston käyttöä. Syy? Se mahdollistaa suoran pääsyn NVMe SSD: hen ilman Southbridgen IOMMU: n läpi menoa, vähentää pääsyn latenssia ja mahdollistaa salamanohjaimen käyttöönoton itse suorittimessa, grafiikkasuorittimessa tai APU: ssa tai jopa PCIe CXL -liitännän käyttämisestä suoraan DIMM -muistimoduulit, jotka yhdistävät NVMe- ja DDR5 -sirut yhdessä.