NVMe: Kỷ nguyên mới của tốc độ truyền dữ liệu nhanh như ánh sáng

Solid State Drive (SSD) hiện ngày càng phổ biến hơn và sẽ nhanh chóng thay thế ổ đĩa cơ truyền thống (HDD) trong tương lai gần. Tuy nhiên, các ổ đĩa SSD mạnh mẽ này đang va phải “bức tường hiệu năng” do đa số các SSD hiện có trên thị trường vẫn còn sử dụng giao tiếp SATA và giao tiếp mạch điều khiển AHCI chuẩn vốn được tạo ra để phục vụ nhu cầu truyền chép dữ liệu chậm hơn nhiều của các ổ cứng HDD truyền thống.

Trong khi một số SSD cao cấp được thiết kế để tận dụng lợi thế của giao tiếp PCI Express (PCIe) tốc độ cao, việc sử dụng chuẩn giao tiếp của mạch điều khiển ACHI trên thiết kế bộ điều khiển chưa thể khai thác đầy đủ giao tiếp sức mạnh của PCI Express. Các nhà sản xuất đang trông chờ đặc tả mạch điều khiển NVMe để hoàn toàn loại bỏ các “nút cổ chai” sẵn có, vốn hạn chế tiềm năng thực sự của SSD.

Plextor NEMe

NVMe là gì?

NVM Express (NVMe) – viết tắt của cụm từ Non-Volatile Memory Express, là một giao diện mạch chủ điều khiển (host controller) chuẩn hiệu năng cao dành cho các ổ cứng SSD có giao tiếp PCIe, cho phép cắm-và-chạy các SSD PCIe trên tất cả các nền tảng.

Nguyên mẫu đầu tiên của NVMe xuất hiện từ 2007, một nhóm phát triển NVMHCI thuộc Intel được thành lập để thực hiện nghiên cứu và phát triển trên giao diện NVMHCI nhằm mục đích loại bỏ những giới hạn băng thông của SATA và phát triển giao thức truyền thông AHCI. Khi nhóm hoàn thành và đưa ra giao diện kết nối tiêu chuẩn PCI Express, phiên bản 1.0 của đặc tả này được phát hành vào năm 2011, theo sau là phiên bản cập nhật 1.2 năm 2014.

Lợi thế của NVMe: Độ trễ thấp

Khi một bộ điều khiển AHCI thực thi một lệnh, một lệnh đọc không lưu tạm thời (uncacheable) trên thanh ghi bộ nhớ sẽ dùng mất 2000 vòng xử lý của CPU và có 4 lệnh đọc không thể lưu vào bộ nhớ đệm trên mỗi lệnh. Việc này đồng nghĩa với 8000 vòng xử lý của CPU, hoặc khoảng 2,5 millisecond độ trễ mỗi lệnh. NVMe, mặt khác, sẽ không bị chậm như vậy vì nó trực tiếp liên lạc với CPU, do đó, bỏ qua tất cả các quá trình giao tiếp gây chậm trễ.

Lợi thế của NVMe:Hiệu năng cao

Độ trễ thấp không phải là lợi thế duy nhất NVMe mang lại, vì giao tiếp này còn cung cấp chỉ số xuất nhập trên giây IOPS (Input/Output Operations Per Second) cao. NVMe có khả năng hỗ trợ lên đến 64K hàng đợi (I/O queue) xử lý các lệnh xuất nhập, với mỗi hàng đợi I/O hỗ trợ lên đến 64K lệnh, tận dụng đầy đủ khả năng đọc và ghi dữ liệu song song của công nghệ chip nhớ Flash NAND. AHCI trên mặt khác, hỗ trợ chỉ duy nhất một hàng đợi I/O với tối đa 32 lệnh một hàng đợi, dẫn đến mức hiệu suất thấp hơn nhiều so với NVMe.

NVMe – chuẩn giao tiếp chủ đạo dành cho lưu trữ

Series Intel 9/100 chipset hiện hỗ trợ NVMe và hệ điều hành như Windows 8.1 Windows Server 2012 R2 hoặc phiên bản cao hơn đi kèm với trình điều khiển NVMe tích hợp, các nhà sản xuất SSD cũng đang tung ra các sản phẩm NVMe SSD dành cho người tiêu dùng kể từ năm ngoái cũng như trong thời gian diễn ra Computex Taipei hồi tháng sáu. Vào tháng tám, Plextor đã lên lịch thông báo sẵn sàng cung cấp Series ổ đĩa SSD M8Pe NVMe.

NVMe sắp trở thành chuẩn mực trong tương lai của giao diện chủ đạo dành cho lưu trữ, cùng những tiến bộ của công nghệ flash NAND và NVMe cũng đang dần thể hiện sức mạnh trong nhiều hình thức giao diễn khác nhau đa dạng như của các ssa3n phẩm M.2, PCIe, U.2 v.v. Như một nghiên cứu thị trường đã dự báo NVMe sẽ thay thế AHCI trở thành chuẩn mới cho các dòng SSD chủ đạo trên thị trường trong 2017, và dự báo này cho thấy thời đại sắp tới của NVMe SSD.