從IDE到NVMe：淺談?dòng)脖P(pán)接口協(xié)議標準的發(fā)展史

作為存儲重要資料的載體，硬盤(pán)從誕生到現在都是電腦的重要組成部分，而無(wú)數的硬盤(pán)構成了整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)社會(huì )，而每一個(gè)消費者的電腦中也有數塊硬盤(pán)，而硬盤(pán)也從傳統的機械硬盤(pán)一直進(jìn)化到如今的SSD，那么在過(guò)去的幾十年內，硬盤(pán)的接口標準究竟經(jīng)歷了多少次變化？未來(lái)能否有更先進(jìn)的接口標準推出？我們一起來(lái)回顧下硬盤(pán)接口標準的發(fā)展史。

IDE（ATA）

在硬盤(pán)接口歷史洪流中，率先跟我們見(jiàn)面的應該就是IDE接口了，IDE的英文全稱(chēng)為“Integrated Drive Electronics”，即“電子集成驅動(dòng)器”，或者叫“集成設備電路”。IDE是一種計算機系統接口，主要用于硬盤(pán)和CD-ROM，本意為“把控制器與盤(pán)體集成在一起的硬盤(pán)”。

隨后由于機械硬盤(pán)的升級，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(zhù)硬盤(pán)廠(chǎng)商正式停產(chǎn)PATA的硬盤(pán)，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(pán)接口，無(wú)論是傳統的機械硬盤(pán)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(chǎng)商組成的Serial ATA委員會(huì )正式確立了Serial ATA1.0規范，目前SATA的主流標準為SATA 3.0，可以達到600MB/s的速度。

和傳統的PATA標準相比，SATA的優(yōu)勢包括支持熱插拔 ，傳輸速度快，執行效率高，具備了更強的糾錯能力，能對傳輸指令進(jìn)行檢查，如果發(fā)現錯誤會(huì )自動(dòng)矯正，這在很大程度上提高了數據傳輸的可靠性。當然SATA的線(xiàn)纜更加簡(jiǎn)潔，方便用戶(hù)裝機的走線(xiàn)。當然SATA時(shí)代還是專(zhuān)門(mén)為機械硬盤(pán)進(jìn)行設計，面對速度無(wú)限增長(cháng)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準與協(xié)議來(lái)滿(mǎn)足SSD的需求。

AHCI

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

AHCI通過(guò)包含一個(gè)基址寄存器，來(lái)實(shí)現原生SATA功能。由于A(yíng)HCI統一接口的研發(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，操作系統和設備制造商省去了單獨開(kāi)發(fā)接口的工作，取而代之的是直接在統一接口上進(jìn)行操作。

當然AHCI仍然是基于傳統的SATA接口研發(fā)，而隨著(zhù)SSD的速度達到了SATA 3.0的閾值，整個(gè)行業(yè)需要有全新的協(xié)議和標準來(lái)滿(mǎn)足SSD的日益發(fā)展，于是現在高端SSD使用的NVMe協(xié)議就此誕生。

NVMe

NVMe協(xié)議是在PCIe SSD開(kāi)始大量出現在市場(chǎng)上后，因為各個(gè)廠(chǎng)家的私有協(xié)議不具有兼容性，無(wú)法和現有操作系統無(wú)縫銜接，英特爾為了統一接口協(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)現眾多設備的統一管理。

作為采用NVMe協(xié)議的存儲設備，鎧俠RD10就是一款性能出色的旗艦級SSD。說(shuō)起鎧俠，實(shí)際上就是原來(lái)的東芝存儲改名而來(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。對此，官方稱(chēng)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(xiě)速度可達3400MB/s 3200MB/s，共有512GB、1TB、2TB三種容量可供選，作為一款定位電競游戲用戶(hù)的高速NVMe固態(tài)硬盤(pán)產(chǎn)品，其性能屬于當前TLC硬盤(pán)市場(chǎng)中的旗艦水準。

從存儲系統的發(fā)展來(lái)看，接口和協(xié)議的發(fā)展是根據存儲設備的需求而誕生了，如果存儲設備的速度到了一個(gè)瓶頸，那么整個(gè)行業(yè)將會(huì )推出新的接口來(lái)滿(mǎn)足它們，當然未來(lái)如果NVMe協(xié)議不能滿(mǎn)足存儲設備的性能需求，自然也會(huì )有更新的標準來(lái)取代NVMe協(xié)議。