Primele controlere flash pentru SSD-urile NVMe care acceptă PCIe 5.0 sunt acum o realitate și au capacitatea de a realiza unități de gigabyte pe secundă în cifre duble pentru prima dată. Dar care sunt avantajele adoptării tehnologiei NVMe PCIe 5.0 acasă și care sunt provocările?
Una dintre performanțele maxime este că un sistem este la fel de lent pe cât permite cea mai lentă parte a acestuia. De aceea, pentru a obține performanțe, caută nu numai să crească viteza componentelor, cum ar fi procesoarele și RAM, dar și a unităților de depozitare. Ceea ce se realizează prin adoptarea diferitelor standarde PCIe pentru unitățile NVMe.
Ce este un controler flash?
Un controler flash este o componentă hardware care se află între memoria NVMe sau orice alt tip de memorie flash NAND și Procesor or GPU care vrea să o acceseze. Sarcina sa este de a traduce adresele virtuale în adrese fizice care permit accesul direct la blocurile de memorie NVMe care alcătuiesc SSD unitate de stocare.
Astăzi, când un procesor sau un GPU accesează orice spațiu de memorie, face acest lucru folosind o adresare comună în care sunt unificate toate amintirile la care au acces în cadrul ierarhiei. Diferitele MMU-uri integrate atât în CPU, cât și în GPU sunt responsabile pentru comunicarea cu diferitele tipuri de memorie din sistem, RAM, VRAM, dar și RAM non-volatilă sau NVRAM, care este memoria NVMe din SSD-uri.
Dar adresarea virtuală este diferită de adresarea fizică și, prin urmare, este necesar un proces de traducere, care este efectuat de controlerul flash. Pentru aceasta folosește o memorie din care stochează tabelele de conversie a adresei, datele sursă sub formă de adresare virtuală și datele de destinație sub formă de adresare fizică. O astfel de memorie poate fi găsită pe SSD-ul NVMe, poate fi memoria RAM a sistemului în cazul unui design DRAM-Less sau poate fi încorporată ca memorie încorporată în controlerul flash în sine.
Drivere Flash pentru NVMe PCIe 5.0, o recenzie
Unul dintre primele controlere Flash care acceptă PCI Express 5.0 este Marvell Bravera SC5 . Ceea ce permite transmiterea datelor cu o lățime de bandă de 14 GB / s sub o magistrală PCI Express 4 pe 5.0 linii, ceea ce înseamnă dublarea lățimii de bandă față de același număr de linii sub PCI Express 4.0, dar nu înseamnă saturarea magistralei în ambele cazuri, deoarece acestea pot atinge 16 GB / s și respectiv 7 GB / s.
Trebuie luat în considerare faptul că un controler flash funcționează în același mod ca interfețele care comunică memoria RAM sau memoria VRAM cu CPU-urile și GPU-urile. Aceștia sunt responsabili de procesarea cererilor de citire și scriere făcute de procesor. Și întrucât astăzi avem deja mai multe nuclee în procesor, este foarte important să existe un număr mare de canale de acces într-un controler flash. The Marvell Bravera SC5 are 16 canale în total, deci pot fi conectate până la 16 cipuri single channel sau 8 dual channel NAND Flash.
Canalele reprezintă numărul de cipuri de memorie NVMe cu care controlerul flash poate vorbi simultan. SSD-urile NVMe low-end au de obicei 2 sau 4 canale, cele 8 high-end și avem cazuri speciale precum PlayStation 5 SSD cu 12 canale. Faptul că Marvell Bravera SC5 are 16 canale nu numai că îi permite să aibă o capacitate mare de stocare, dar arată că este un controler conceput pentru piața serverelor și nu pentru computerele de acasă.
Lățimea de bandă ridicată necesită o capacitate mare de calcul
Mutarea datelor dintr-o memorie în alta este unul dintre cele mai mari coșmaruri cu care s-au confruntat arhitecții hardware din întreaga istorie a computerului. Mutarea în bloc necesită ca CPU sau GPU să petreacă un timp bun executând execuțiile relevante pentru aceasta. De aceea, încă din zorii timpului, au fost create sisteme hardware care transferă date dintr-o memorie în alta fără participarea procesorului principal și care o fac în mult mai puțin timp.
Faptul de a oferi acces la memoria unui SSD NVMe prin portul PCI Express către un GPU, de exemplu, nu înseamnă că accesul se poate face direct fără a afecta performanța. În consolele de nouă generație, cum ar fi PlayStation 5 și ambele Xbox Seria X, includerea unităților SSD NVMe a adus cu sine integrarea unităților specializate însărcinate cu efectuarea transferului, compresiei și decomprimării datelor de pe SSD în memorie, pe care caută să le ușureze atât CPU, cât și GPU-ul acestor sisteme de o astfel de sarcină.
Pe computer, pe de altă parte, numai NVIDIA și AMD plăcile grafice cu suport pentru DirectX 12 Ultimate au astfel de unități. Ceea ce duce la necesitatea de a extrage puterea de calcul pentru a gestiona mișcarea datelor. Dacă CPU sau GPU nu sunt suficient de rapide pentru a efectua acest management, atunci se generează un efect de lanț care determină întârzierea tuturor cererilor ulterioare, ceea ce face ca datele totale să fie trimise pe o fracțiune de timp să fie întârziate.
Ce aduc SSD-urile NVMe PCIe 5.0 altele decât viteza mai mare?
Deoarece sunt o evoluție liniară față de cele care utilizează interfața PCIe 4.0, am putea spune că este destul de puțin, dar lansarea SSD-urilor interne NVMe cu PCIe 5.0 va coincide cu implementarea standardului NVMe 2.0, care va oferi o serie de avantaje care depășesc creșterea vitezei autobuzului. Prin urmare, ambii factori vor fi combinați pentru a îmbunătăți acest tip de stocare în viitorul apropiat.
Deși, dacă trebuie să evidențiem o îmbunătățire în PCIe 5.0, mai ales este suportul Compute Express Link sau CXL. Aceasta este o caracteristică. care va fi inițial numai pe servere și simplifică accesul hardware. Motivul? Permite accesul direct la un SSD NVMe fără a trece prin IOMMU din Southbridge, reducând latența de acces și făcând posibilă implementarea controlerului flash în CPU, GPU sau APU în sine sau chiar utilizarea interfeței PCIe CXL pentru accesul direct la DIMM-uri care integrează cipurile NVMe și DDR5 împreună.
