Intel SSD 750: Extremně rychlý disk s NVMe pro PCI-E | Kapitola 2
Seznam kapitol
V dnešním testu si představíme první NVMe SSD disk do běžných počítačů. Díky využití sběrnice PCI-E 3.0 a přímé komunikaci s řadičem v procesoru nabízí extrémně vysoký výkon. Na druhou stranu jej nelze použít všude, kvůli omezení čipsetů a operačních systémů. Pokud ale funguje, je to drtič, neskutečný drtič!
Co znamená NVMe
Rozhraní AHCI vzniklo někdy v roce 2004 a bylo postaveno na míru pevným diskům s mechanickým úložištěm, kdy disk samotný měl ohromné latence. V tu chvíli nevadilo, že i další části ve frontě zvyšují dále latenci, jelikož ta byla v porovnání s latencí samotného disku vždy výrazně nižší. Jak se ale objevovaly na trhu stále rychlejší a rychlejší disky, latence těchto klesala. Podívejme se na obrázek:
Graf ukazuje latenci všech součástí systému, tmavě modrá je latence pevného disku (přístupová doba, rychlost řadiče, odezva disku). Fialový pruh ukazuje zpoždění v diskovém řadiči (zpravidla čip na desce nebo obvody v čipsetu). Světle a tmavě zelená pak ukazuje reakční dobu softwaru neboli ovladače.
Je vidět, že mechanický disk měl ohromnou latenci na své fyzické vrstvě, zpoždění disku je měřitelné v tisících mikrosekund. Na celkových latencích se velkou měrou podílel také diskový řadič a jeho ovladač. Pokud vyměníme klasický disk za SSD, který ale stále využívá protokol AHCI (SATA), klesne latence disku na nějakých 50 mikrosekund, zpoždění dané řadičem a jeho ovladačem je ale stále vysoké, celkem kolem 80 mikrosekund. V případě protokolu NVMe protokolu je to ale jiné. Procesor komunikuje s diskem přímo, nepotřebuje k tomu žádný řadič. 7cela odpadá zpoždění na řadiči a jeho ovladači. Přibude jen výrazně nižší zpoždění na ovladači NVMe. Celkově se tedy latence dle obrázku sníží na finálních 60 mikrosekund. K vizualizaci a lepší představě nám poslouží další obrázek:
Nalevo je SATA, napravo pak NVMe. Řadič SATA řadič má přenosovou rychlost omezenou na teoretických 600 MB/s. Dá se i zdvojit, ale bylo by to složité a zbytečné. Naproti tomu má NVMe kapacitu až 4 GB/s díky čtyřem linkám PCI-E 3.0. Také spojení je rychlejší, latence se snižují (viz první obrázek). U SATA probíhá spojení mezi procesorem a diskem takto: Procesor - sběrnice PCI-E - na ní připojený řadič SATA - k řadiči připojený disk. U NVMe je disk připojený k procesoru přímo přes sběrnici PCI-E, nic dalšího nestojí v cestě. Jak říká obrázek, u NVMe až sedmkrát narostla přenosová kapacita a třikrát se snížila latence. To ovšem není všechno, jak nám ukáže poslední obrázek:
Na něm vidíme sice případ systému Linux, ale pro Windows je to podobné. AHCI fronta pro 1 milion IOPS potřebuje deset procesorových jader, procesory potřebují ke zpracování 27 tisíc cyklů a trvá to deset mikrosekund. Ta stejná úloha, u NVMe zatíží pouze necelá čtyři procesorová jádra, zpracování zabere procesorům 10 tisíc cyklů a pouze tři mikrosekundy. Zátěž procesoru je nižší, zpracování požadavků rychlejší.
Pokud bychom měli tedy NVMe shrnout: Jde o technologii vyvinutou speciálně pro disky SSD připojené k rozhraní PCI-E. Disk komunikuje s procesorem přímo (pokud jsou PCI-E linky přímo v něm, jako u Intelu). Není potřeba žádný řadič, jen ovladač v systému. Přístupová doba je značně kratší a propustnost až 8 GB/s (jedním směrem) při použití osmi linek PCI-E 3.0. Kromě viditelných dopadů na nás, uživatele, je zde i spousta dalších vylepšení. U AHCI je daná jen jedna příkazová fronta s třiceti dvěma příkazy, u NVMe je front 64 tisíc a každá se 64 tisíci příkazy najednou! NVMe podporuje vícenásobný přístup, a paralelizaci na straně procesoru. Počet IOPS není limitován jedním jádrem procesoru, lze využít všechna jádra.
Komentáře naleznete na konci poslední kapitoly.
