De första flash -styrenheterna för NVMe SSD -enheter som stöder PCIe 5.0 är nu verklighet och har förmågan att uppnå gigabyte -enheter per sekund i tvåsiffror för första gången. Men vad är fördelarna med att anta NVMe PCIe 5.0 -teknik hemma och vilka är utmaningarna?
En av prestandas maxim är att ett system bara är så långsamt som den långsammaste delen av det tillåter. Det är därför, för att uppnå prestanda, försöker den inte bara öka hastigheten på komponenter som processorer och RAM, men också av lagringsenheter. Vilket uppnås genom att anta de olika PCIe -standarderna för NVMe -enheter.
Vad är en blixtkontroll?
En blixtkontroll är en hårdvara som sitter mellan NVMe -minne eller någon annan typ av NAND Flash -minne och CPU or GPU som vill komma åt den. Dess jobb är att översätta virtuella adresser till fysiska adresser som ger direkt åtkomst till NVMe -minnesblocken som utgör SSD lagringsenhet.
Idag, när en CPU eller GPU har åtkomst till något minnesutrymme, gör det det med en gemensam adressering där alla minnen de har tillgång till inom hierarkin är förenade. De olika MMU: erna som är integrerade i både CPU och GPU är ansvariga för att kommunicera med de olika typerna av minne i systemet, RAM, VRAM, men också icke-flyktigt RAM eller NVRAM, vilket är NVMe-minnet i SSD-enheter.
Men virtuell adressering skiljer sig från fysisk adressering och därför behövs en översättningsprocess, som utförs av blixtkontrollen. För detta använder den ett minne från vilket det lagrar adresskonverteringstabellerna, källdata i form av virtuell adressering och destinationsdata i form av fysisk adressering. Sådant minne kan hittas på NVMe SSD, det kan vara system-RAM i fallet med en DRAM-Less-design, eller det kan vara inbäddat som inbäddat minne i själva blixtkontrollen.
Flash -drivrutiner för NVMe PCIe 5.0, en recension
En av de första Flash -kontrollerna som stöder PCI Express 5.0 är Marvell Bravera SC5 . Vilket gör att data kan överföras med en bandbredd på 14 GB / s under en 4-linjers PCI Express 5.0-buss, vilket innebär att du fördubblar bandbredden med samma antal rader under PCI Express 4.0, men det betyder inte att bussen mättas i båda fallen, eftersom de kan nå 16 GB / s respektive 7 GB / s.
Det måste beaktas att en blixtkontroller fungerar på samma sätt som gränssnitten som kommunicerar RAM- eller VRAM -minnet med processorerna och GPU: erna. De ansvarar för behandlingen av läs- och skrivförfrågningarna från processorn. Och eftersom vi idag redan har flera kärnor i processorn är det mycket viktigt att det finns ett stort antal åtkomstkanaler i en blixtkontroll. De Marvell Bravera SC5 har totalt 16 kanaler, så upp till 16 enkanals eller 8 dubbelkanals NAND Flash -chips kan anslutas till den.
Kanaler är antalet NVMe -minneskort som blixtkontrollen kan prata med samtidigt. Low-end NVMe SSD-enheter har vanligtvis 2 eller 4 kanaler, de avancerade 8 kanalerna och vi har specialfall som PlayStation 5 SSD med 12 kanaler. Det faktum att Marvell Bravera SC5 har 16 kanaler tillåter inte bara att den har stor lagringskapacitet, utan visar att den är en styrenhet utformad för servermarknaden och inte för hemdatorer.
Hög bandbredd kräver hög datorkapacitet
Att flytta data från ett minne till ett annat är en av de största mardrömmar som hårdvaruarkitekter har mött i hela datahistorien. Massrörelse kräver att CPU: n eller GPU: n ägnar god tid åt att köra relevanta körningar för det. Det är därför som sedan tidernas gryning har hårdvarusystem skapats som överför data från ett minne till ett annat utan deltagande av huvudprocessorn och som gör det på mycket kortare tid.
Att till exempel ge åtkomst till minnet på en NVMe SSD via PCI Express -porten till en GPU, betyder inte att åtkomst kan göras direkt utan att det påverkar prestanda. I nya generationens konsoler som PlayStation 5 och båda xbox Serie X, införandet av NVMe SSD -enheter har medfört integrationen av specialiserade enheter som ansvarar för att utföra överföring, komprimering och dekomprimering av data från SSD till minne, som de försöker lindra både CPU och GPU för sådana system av sådan belastning.
På PC, å andra sidan, bara NVIDIA och AMD grafikkort med stöd för DirectX 12 Ultimate har sådana enheter. Vilket leder till behovet av att dra datorkraft för att hantera förflyttning av data. Om CPU eller GPU inte är tillräckligt snabba för att utföra denna hantering genereras en kedjeeffekt som gör att alla efterföljande förfrågningar fördröjs, vilket gör att den totala datan skickas per bråkdel av tiden fördröjs.
Vad ger NVMe PCIe 5.0 SSD -enheter mer än mer hastighet?
Eftersom de är en linjär utveckling med avseende på dem som använder PCIe 4.0 -gränssnittet, kan vi säga det ganska lite, men lanseringen av inhemska NVMe SSD -enheter med PCIe 5.0 kommer att sammanfalla med implementeringen av NVMe 2.0 -standarden, som kommer att ge en serie fördelar som går utöver ökningen av busshastigheten. Därför kommer båda faktorerna att kombineras för att förbättra denna typ av lagring inom en snar framtid.
Även om vi måste markera en förbättring i PCIe 5.0, särskilt den är stöd för Compute Express Link eller CXL. Detta är en funktion. som initialt bara kommer att finnas på servrar och förenklar hårdvaruåtkomst. Anledningen? Det ger direkt åtkomst till en NVMe SSD utan att gå igenom IOMMU på Southbridge, vilket minskar åtkomstfördröjningen och gör det möjligt att implementera blixtkontrollen i själva CPU: n, GPU eller APU eller till och med använda PCIe CXL -gränssnittet för direktåtkomst till DIMM -enheter som integrerar NVMe- och DDR5 -chips tillsammans.
