固态硬盘(SSD)不同的接口

固态硬盘(SSD)不同的接口

固态硬盘 (SSD) 很快对这些接口提出了新的重大性能要求，因为 SSD 的数据速率已经从几十 MB/sec 增加到GB/sec 。除了数据速率的增长，SSD 中缺乏机械运动也导致了每秒钟输入和输出操作的数量(IOPS) 增加，即存储设备能够实现的 IOPS 数量。这篇文字讨论了不同的接口，并且对所遇到的各种性能和兼容性权衡进行了比较。

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SATA 接口

SATA 仍然适合用作低成本 SSD 接口，在这里，成本 而非性能是主要的决定因素。SATA 架构也可以合并到一个管理 SATA 指令集的主机适配器中，并不会真正包含物理的 SATA 接口 (PHY) (图 1)。

SAS 接口

SAS 没有一个可等同于 SATA AHCI 控制器的通用主机接口。相反，SAS 主机适配器市场中有多个供应商相互竞争，在这里性能是主要的决定因素——并不仅仅是对于单个的 HDDs 接口，也面向不同的 RAID 系统，在这些系统中多个 HDD主轴的传输速率将会聚合到一起，从而提高传输速率。另外，SAS 主机适配器是为管理高性能SSD 和 HDDs 而设计(例如短击15K-RPM 硬盘)。因为硬件主机适配器和管理该主机适配器的硬盘被设计为一个系统，为 SSD 设计的产品经过优化，开始变得可用，并且进一步提升了传输速率以及 IPOS。

接受的SAS-3(12Gb/秒)协议允许硬盘上面的端口增加到 4 个，所有这些都连接到相同的域，或者成对连接到不同的域。非常受限的 SSD 数量可能在双端口设备上面支持宽端口(除了双端口以外)。

SAS 目标设备支持双端口操作。这样能够创建两个故障域，并提供更高的可用性。即使故障发生在一个连接到端口的路径，并且该端口阻止通过该路径访问，还是可以通过第二个端口访问该设备。

PCI Express接口

PCI Express (PCIe) 是连接外围设备和主机处理器的主要接口，通过存储控制器连接到系统中的存储架构。SATA 和之前讨论的 SAS 接口都是通过PCIe 接口(或者主机适配器)连接到主机处理器和内存中。

PCIe 接口是原始的 PCI 接口的串行实现，该原始接口在外围设备和主机处理器/内存之间提供并行的地址/数据连接。PCIe 接口通信是通过一条或者多条线路实现的，每条线路具有一个传输和接收串行接口。最多可以使用 32 条线路来连接主机和设备。每条线路上面的串行数据速率取决于所采用的 PCIe 标准的版本，当前的版本是3.0，数据速率大约为 1GB/s。

使用 PCIe 接口连接的存储设备通过直接注册器连接，或者通过主机适配器连接，该主机适配器接下来通过额外的线缆或者背板型接口连接到设备。

PCIe 驱动控制器接口通过 NVM Express 规格和推荐的 SCSI over PCIe (SOP) 规格实现。SATA 合并下文中描述的架构，是 PCIe 直接注册器连接的又一个实例。

另外，SOP 着重体现现有的产业架构和功能，而 NVMe 使用一个新的受限制的指令集和排队接口。

上述的每一种存储架构都具有各自的优势，也存在一定的问题。取决于总体的系统设计，使用特定架构的好处可能比该架构带来的问题更加明显，因此，需要仔细分析才能做出适当的决定。

这个决定也必须考虑兼容现有的系统设计。例如，使用 SSD 升级一个具有 2.5-inch SATAHDD 的笔记本电脑，并且该 SSD 具有相同的物理大小和相同的(或更新)SATA 接口。在这种情况下，对于 SSD 速度有多快将会有一个限制;超出现有主机 SATA 接口速度则不会提升系统的性能。

在一个新的系统架构中，增加固态存储能够明显提高系统性能，但是最多只能达到系统架构的其他部分能够支持的数据速率和带宽。SSD 中的快速数据传输速率也需要有更多的电能提供给设备，并且还有更多的热量被消耗，不管 SSD 安装在哪里。

在探讨什么因素造成延迟，以及在真实环境下如何影响应用性能这些问题时，存在很多误解。当考虑这方面的问题时，聚集于整体状况是相当重要的，而不仅仅是其中的一部分。

在 SSD 中，大部分延迟是由 flash 部分本身造成的。SLC 访问时间是 25µs+;MLC 访问时间是50µs+，两者均假设没有访问竞争。随着队列深度增加，争夺 flash 部分的访问资源可能导致延迟明显增加。

一但一个 flash 部分开始访问，其他请求相同部分的则必须等待。多达 8 个 flash die 共享一条公用的总线，这样使得 die 一直等待，直到轮到该 die 使用总线。家务活动增加了额外的延迟(地址转换、垃圾收集、损耗平衡等)。

另外一个方面是操作系统，它添加了延迟，无论访问协议和互连如何。这些包括文件系统、卷管理器、类驱动器和上下文交换开销。协议和互连差异对延迟的影响非常有限，应用程序可以忽略此影响。

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