簡單回顧關于PCIe的歷史和變革，了解PCIe4.0帶來的時代意義和價值

隨著三星980PRO PCIe4.0 SSD的正式推出，關于PCIe4.0技術和產品成為了存儲行業(yè)時下最為熱門的話題。

那么，PCIe4.0究竟代表著什么？從PCIe3.0到PCIe4.0，三星品牌存儲又在產品端進行了哪些技術和體驗的創(chuàng)新和迭代？

想要解答以上問題，我們需要追根溯源，簡單回顧關于PCIe的歷史和變革，了解PCIe4.0帶來的時代意義和價值。

關于PCIe總線的演變

所謂的PCIe，全稱為PCI-Express。

它實質上是一種高速串行計算機擴展總線標準，類似的總線標準還有諸如早期的MCA、PCI都屬于這類協(xié)議。

只是隨著技術發(fā)展和需求的變化，擁有著高速串行、點對點雙通道、高帶寬傳輸等突出特點的PCIe協(xié)議，最終脫穎而出，成為了時下最為主流的計算機總線標準。

至于在接口形式上，PCIe主要有兩種，一種是尺寸較為小巧的M.2接口，另一種則是標準的PCIe插槽，二者全都集成在主板之上。

根據帶寬容量的不同，以及技術的迭代，以及應用層級方面，PCIe總線又出現了分支和進化。

先說帶寬，基于PCIe串聯(lián)計算機的容量大小，同一級別的PCIe插槽之間存在著性能差異。

以主流的PCIe3.0為例，簡單可以分為PCIe x1/PCIe x2/PCIe x4/PCIe x8/PCIe x16等不同帶寬，這些“x1/x2”等數字的背后，對應著接口性能差異。

以PCIe3.0 x1和PCle3.0 x16為例，PCIe3.0 x1的標準性能約為1GB/s，而同樣是PCIe 3.0協(xié)議，X16的標準性能則高達16GB/s。

再說說技術迭代，PCIe作為總線協(xié)議和標準，歷經多年的發(fā)展和變革，從起初的PCIe 1.0，逐步在性能上大跨步發(fā)展，直到今天的PCIe4.0的誕生。

技術的迭代帶來了恐怖的性能，根據官方提供數據，對比于初代的PCIe1.0帶寬（X1為250MB/s），最新的PCIe4.0的帶寬（以X1為例）達到了2GB/s，提升了近8倍。

最后在應用層面，由于PCIe高速串聯(lián)計算機，提供更高性能優(yōu)勢，許多硬件產品都能，更都想通過PCIe總線的方式，進行串聯(lián)，以發(fā)揮硬件的最高性能。其中，顯卡和固態(tài)硬盤是其中的代表產品。

PCIe4.0 SSD存在的必然性

剛才說到固態(tài)硬盤和PCIe之間的聯(lián)系，是源于PCIe總線串聯(lián)計算機的巨大性能優(yōu)勢。

其實在固態(tài)硬盤發(fā)展的早期，SATA接口才是行業(yè)的主流，一方面源于制程工藝，沒辦法開發(fā)出性能和功耗能夠完美契合的主控和顆粒產品；

另一方面，則是SATA接口的絕對性能能夠滿足人們日常的存儲需求。

隨著存儲需求的變化和制程工藝的突破，固態(tài)硬盤性能一日千里般的躍進和發(fā)展，傳統(tǒng)的SATA接口在協(xié)議上弊端逐漸顯現出來，最大理論性能600MB/S，已然無法適配不斷狂奔的存儲需求和技術演進。

于是以三星品牌存儲為代表的存儲行業(yè)，開始引入PCIe 3.0接口，并推出了全新的NVMe傳輸協(xié)議，打破了接口協(xié)議的束縛，讓固態(tài)硬盤產品的性能達到了3.5GB/s的標準。

然而技術的進步和存儲需求的徹底爆炸，PCIe3.0協(xié)議下、3.5GB/s的絕對性能也漸顯頹勢，業(yè)界期待著帶寬更大，性能更強的PCIe協(xié)議的到來。

所以在需求和技術的雙重裹挾下，PCIe4.0以及隨之而來的高性能PCIe4.0固態(tài)硬盤開始嶄露頭角。

三星品牌存儲在PCIe4.0時代的創(chuàng)新

作為行業(yè)領先的存儲廠商，三星品牌存儲也在積極參與和擁抱PCIe4.0時代，并在產品和體驗上進行了多維度的創(chuàng)新，其中代表性產品便是不久前發(fā)布的三星980PRO PCIe4.0固態(tài)硬盤。

這是三星品牌存儲推出的首款全面支持PCIe4.0協(xié)議的高性能固態(tài)硬盤，熟悉三星存儲產品的朋友們都清楚，三星旗下存儲產品大致可以分為PRO/EVO/QVO三個序列，并根據定位和價格差異，依次遞減；

換句話說，能夠被冠以PRO序列的產品，可以說是三星品牌存儲旗艦中的旗艦了，這也從側面反映了三星品牌存儲對于PCIe4.0技術的重視程度。

除了產品定位的高標準高規(guī)格之外，就三星980PRO產品本身而言，三星也為之進行了諸多技術的創(chuàng)新和突破，筆者簡單將它分拆為三個維度的創(chuàng)新，即主控創(chuàng)新、閃存創(chuàng)新以及性能創(chuàng)新。

主控創(chuàng)新

PCIe4.0協(xié)議的到來，對于固態(tài)硬盤產品而言，尤其是主管固態(tài)硬盤內部數據處理，編譯以及運轉的主控芯片而言，是前所未有的挑戰(zhàn)。

協(xié)議帶寬的巨大提升，相對應的需要硬盤主控能夠同時并行和處理更多的數據指令，以滿足高吞吐，實現高效的數據傳輸。

為了應對PCIe4.0巨幅的性能提升，三星品牌存儲在三星980PRO上首次搭載了基于ARM架構的、重新設計和編譯的新一代主控芯片Elpis，Elpis源于希臘語，中文讀音“厄爾庇斯”，中文直譯則是“（希望）女神”。

Elpis主控采用三星自研的全新8nm制程工藝，全面支持PCIE4.0協(xié)議，同時能夠滿足下一代開發(fā)、計算等需求，更為關鍵的是，它能夠支持128隊列并行工作，支持128個I/O隊列同步進行數據處理。

相較于PCIe3.0時代，三星主流Phoenix主控支持的32隊列，提升了接近400%；

用一組更為直觀的數字來驗證三星新主控的強啊之處，根據設計制程，在單個隊列下，能夠處理超過64000命令集，這也就意味著三星Elpis主控內部的128個隊列，可以同步處理最高超過800萬個命令。

這樣的性能倍增，能夠滿足PCIe4.0協(xié)議下對于主控性能的苛刻需求，進而保證了三星980PRO的性能表現。

同時，Elpis主控芯片，還能夠完美兼容PCIE3.0，并且在性能上有著上佳的表現，甚至超過稱霸PCIE3.0世代的970EVO Plus和970PRO。

根據官方提供的數據，在PCIE3.0帶寬下，三星980PRO的最大連續(xù)讀取性能達到3500MB/S，基本和970EVO Plus持平；

在最大連續(xù)寫入性能方面，達到了3450MB/S，甚至超過了三星970EVO Plus的官方測試水平。

閃存創(chuàng)新

高帶寬帶來高性能的同時，對于存儲數據的顆粒體質，同樣有了更高的需求。大規(guī)模和高速率的讀寫，意味著用于存儲數據的閃存顆粒需要在體質和性能上有著可靠和穩(wěn)定表現。

三星品牌存儲同樣為了進一步釋放PCIe4.0固態(tài)硬盤的全部性能，也首次在三星980PRO上應用了第六代三星V-NAND閃存顆粒。

這一代閃存顆粒突出特點在于，充分利用三星獨創(chuàng)的“通道孔蝕刻”技術。

通過建立一個由100多個層組成的導電晶片堆棧，然后從上到下垂直穿孔，形成均勻的三維電荷阱閃存（CTF）單元，從而實現了在9x層單堆棧結構基礎上增加了大約40%的存儲單元。

同時，在性能表現方面，三星在內部結構上進行了電路優(yōu)化，進一步提升了閃存顆粒的速度表現。

根據官方數據，對比第五代V-NAND技術，其寫入操作的時間少于450微秒（μs），讀取操作的時間少于45μs。

性能創(chuàng)新

全新主控和全新顆粒的應用，讓三星980PRO能夠完美發(fā)揮PCIe4.0協(xié)議帶來的巨大性能優(yōu)勢。

根據筆者實際測試，三星980PRO PCIe4.0 SSD最大順序讀取速度超過了驚人的7000MB/S，最大順序寫入速度同樣超過了驚人的5000MB/S。

要知道PCIe4.0 X4的理論性能為8GB/s，而三星980PRO超過7000MB/S，幾乎接近理論性能最大值。

當然了，除了絕對性能，三星980PRO還在智能緩存方面進行了拓展，讓普通用戶在日常使用中體驗到三星980PRO的極致表現。

所謂智能緩存技術，三星為之冠名為智能TurboWrite技術，這一技術能夠可自動識別用戶的工作負載，并指定合適的SLC緩沖區(qū)；

也就是說，在這項技術加持下，三星980PRO內部生成了由固定默認空間+智能區(qū)域形成動態(tài)緩存區(qū)。

根據容量和型號不同，動態(tài)緩存區(qū)容量大小也存在差異。就1TB型號980PRO PCIE4.0 SSD的而言，三星為此配備了6GB的默認緩存區(qū)，以及高達108GB的動態(tài)智能緩存區(qū)。

也就是說，用戶在0-114GB這個寫入區(qū)間內，可以完美體驗到三星980PRO的絕對性能表現；

而實際上，對于大部分的普通用戶而言，單次的寫入量遠遠達不到100GB的量級，所以這樣的技術對于用戶而言，十分有意義的。

寫在最后

行業(yè)領頭羊的態(tài)度往往主導和決定了產業(yè)發(fā)展態(tài)勢，作為存儲行業(yè)的先行者，三星980PRO PCIe4.0 SSD的入局，可以說是一個標志。

它意味著PCIe4.0時代的崛起、新生，至于后續(xù)的發(fā)展，還需要所有存儲廠商形成合力，共同推進。
責編AJX