NVMe 確立為未來主流，AHCI 漸成過去式
Intel 所主導 NVM Express（Non-Volatile Memory Express，非揮發性記憶體儲存裝置）已經誕生多年，開發用意是取代 AHCI（Advanced Host Controller Interface，進階主機控制器介面），成為系統與高速儲存裝置之間，一個更有效率的資料傳輸通訊協定、驅動程式層。NVMe早先是針對企業應用而生，但 Intel 在去年率先引進個人市場應用，推出大家再熟悉不過的 SSD 750。
▲ SATA、AHCI、NVMe 傳輸架構示意圖。
此先例一開之後，包含 Samsung 等少數大廠也跟進，針對消費性應用市場，推出 PCIe NVMe 規格設定的高性能固態硬碟。當前主流規格為 PCIe 3.0 NVMe，意即匯流排介面為 PCIe 3.0，理論可用頻寬趨近 3938MB/s。最為人津津樂道的莫過於存取性能，以 SSD 750 為例，循序存取速度最高可達讀取 2500MB/s、寫入 1200MB/s，遠勝受 575MB/s 頻寬上限枷鎖的 SATA 6Gb/s 介面。
▲ Intel SSD 750 提供 PCIe 介面卡與 2.5 吋（電器層介面又稱 U.2）兩種形式選擇，容量則有 400GB、800GB、1.2TB。
雖然市場前景看好，但是從 SATA 6Gb/s 過渡到 PCIe AHCI 已不容易，想演進至 PCIe NVMe 確實有更多挑戰。各家控制器開發進程，以及後續相容性修正、提升，乃至於實體產品銷售價格，還有可支援的電腦平台數量等諸多因素，都是 PCIe NVMe 應用起飛的門檻。因此市場主流仍為 SATA 6Gb/s 介面機種（2.5 吋、M.2），而且銷售占比逾 9 成，PCIe 產品只占冰山一角而已。
▲ 台灣先前能買到 Plextor M6e系列、Kingston HyperX Predator PCIe SSD等，這些 PCIe AHCI 固態硬碟產品，已成為歷史演進過程的一頁。
產品選擇性仍然不多，台灣市場尤其有限
就台灣市場而言，真正有普遍性銷售的產品，可說是只有 Intel SSD 750、SSD 600p，以及 Plextor 的 M8Pe 系列。這三款產品都是基於 PCIe 3.0 x4 NVMe 設計，SSD 750 採用企業級控制器，又具備 PLP（Power-Loss Protection，斷電保護）功能，設計等級與價格相對較高。其市場參考價格為 400GB 10,300 元、1.2TB 26,900 元，這單價顯然不是一般玩家所能親近。
▲ 台灣較為容易購買到 PCIe NVMe 固態硬碟參考價格資訊。（引用自 原價屋）
M8Pe 系列則是採用 Marvell 消費性設計方案，雖然沒有特殊附加功能設計，但同時提供多種形式設定選擇，如 PCIe 介面卡形式 M8PeY、M.2 形式 M8PeG、M.2 精簡版 M8PeGN。以價位最低的 M8PeGN 版本為例，參考價格分別是 128GB 2,390 元、256GB 3,299 元、512GB 7,290 元、1TB 13,290 元，產品單價與每 GB 儲存成本，著實比 SSD 750 平實許多。
▲ Plextor 所推出 M8Pe 系列，提供 M8PeY（PCIe 介面卡，實為 M.2 模組加轉接卡）、M8PeG（M.2 附加散熱片）、M8PeGN（M.2）等三種版本，容量皆有 128GB、256GB、512GB、1TB 選擇。
至於 SSD 600p，可將之視為 PCIe NVMe 入門產品，除了控制器是採用台系廠商設計方案，更搭配 TLC 類型快閃記憶體。其參考市場價格是 128GB 1,650 元、256GB 2,650 元、512GB 4,688 元，很接近同樣採用 TLC 顆粒的 SATA 6Gb/s 機種，無可否認這價格是具有吸引力。即便你對 TLC 不屑一顧，SDD 600p 終究是基於 PCIe NVMe 設計，仍然可以提供較好的性能體驗。
▲ Intel SSD 600p 只有 M.2 單一形式選擇，容量有 128GB、256GB、512GB、1TB。
（下一頁還有：性能實測試驗）
Intel vs. Plextor 友宜賽，各具有擅長處
SSD 750 與 M8Pe 系列，由於並非甫推出的新產品，概觀性能表現相關文章已經相當多，我們要探討的自然不是這點。前幾年經由 ULINK 協助，提供製造業界用 DriveMaster 2012 測試平台，使我們得以試驗性能一致性等面向表現。因應 NVMe 興起，ULINK 開發 DriveMaster 2015 時順勢將之列入支援，前幾個月我們已經試著架起測試環境。
不過先前慣用的 SATA 測試腳本，並無法直接用在 DriveMaster 2015，因此我們未曾用來測試新品，多次溝通協調新需求之後靜靜等待著。近日 ULINK 針對我們常用的腳本，完成 DriveMaster 2015、NVMe 相容性撰寫、編修，終於得以利用新平台進行相同的測試。這讓我們可以從另一種角度，來看 SSD 750 和 M8Pe 之間的差異，又是否有那價值。
▲ ULINK DriveMaster 2015 除了相容既有 AHCI、SATA 類型裝置，還新增支援 NVMe。
範例組取現成的 Intel SSD 750（AIC、400GB）與 Plextor M8PeG（M.2、512GB），後者我們另外加上 M.2 轉 PCIe 轉接卡，和 SSD 750 一樣安裝在主機板上第 1 根 PCIe x16 插槽（取用處理器所內建 PCIe 3.0 通道）。而 SSD 600p 部分，由於 TLC 應用產品並不怎麼吸引玩家，因此我們並未另外借來測試比較，未來如有機會再提供這類數據讓大家參考。
就官方規格標示而言，M8PeG 循序存取速度是在 SSD 750 之上，可達讀取 2300MB/s、寫入 1300MB/s，SSD 750 則是讀取 2200MB/s、寫入 900MB/s。至於 4K 隨機存取方面，SSD 750 標示值讀取 430000IOPS、寫入 230000IOPS，而 M8PeG 則為讀取 260000IOPS、寫入 250000IOPS，這對於實測結果有著不同程度的影響。
首先來看焦點項目 4K 隨機寫入腳本，測試模式是從空碟狀態開始連續寫入資料，直到完整填寫滿設計容量 2 次為止。相對代表的是寫入掉速，藉由記錄檔來觀察性能變化，IOPS 數值高者為佳。SSD 750 果不其然有極佳表現，起始值高達 112540IOPS，反觀多數 2.5 吋、SATA 6Gb/s 機種是在 1～3 萬不等，至於對照組 M8PeG 為看似一般的 33578IOPS。
SSD 750 變動很合理的開高走低，但填寫至 50％ 時仍有 83061IOPS 表現，M8PeG 則是逆向往上提升到 47061IOPS。填寫 100％ 是假定必然的髒碟狀態分水嶺，之後性能固然還會降低，但是降幅不再如前面區段來得大，因此我們將之稱為性能平原。以結尾當標的來看，SSD 750 所得結果 15885IOPS，M8PeG 則為 9087IOPS，兩相比較是 SSD 750 較佳。
▲ 4K 隨機寫入變化曲線圖。
至於測試腳本所提供綜合評價值，M8PeG 讀取是較佳的 262899IOPS，SSD 750 為略低一些的 253262IOPS。但重點 4K 寫入部分，SSD 750 有 29752IOPS，高於 18363IOPS 的 M8PeG 不少。掉速是固態硬碟的自然現象，越接近結尾表現仍較佳者，意味真實使用的頓挫、落差感會較小。單看數值並不怎麼直覺，我們試舉一些測試經驗，來當測試結尾極端值的比較組。
2.5 吋、SATA 6Gb/s 機種裡，結尾能有近萬表現的產品，可說是只有 OCZ 自家 Indilinx 控制器高階機種。風評頗佳的 Marvell 設計方案，大多落在 5,000～6,000IOPS 附近，而 SandForce 設計方案是 4,000～5,000IOPS 左右。至於新主流 TLC 應用產品，通常是在 2000～2500IOPS，也許你認為偏差，其實先前那波台系控制器搭 MLC 顆粒熱潮產品，表現也不過如此而已。
▲ 4K 隨機寫入節錄數據。
讀取混合模式差距縮小，使用體驗或接近
4K 隨機寫入測試腳本，主要是用以觀察寫入掉速，評估髒碟狀態下的表現如何。但固態硬碟並不會只有寫入而沒有讀取，因此我們也使用性能一致性（Performance Consistency）腳本，執行讀取與寫入混合測試，來看產品的整體表現。另外附加參考數據為服務品質（Quality of Service），也是執行讀寫混合測試，由於企業應用才會重視這項表現，因此以下就不加以敘述之。
性能一致性腳本測試模式，預設為讀取與寫入各 50％、隨機 4K、Queue Depth=32，結果是取 99.9％ 最慢的 IOPS 和平均 IOPS 相除而來。誠如 4K 隨機寫入所帶出來的平均讀取參考值，M8PeG 表現是在 SSD 750 之上，看來讀取讓 M8PeG 在性能一致性腳本占有優勢。SSD 750 所得結果為 12263IOPS，而 M8PeG 表現是較佳的 16164IOPS，兩造差異縮小了許多。
（編按：4K 隨機寫入測試腳本未節錄出來的輔助數據，隨機與循序讀取表現值都是 M8PeG 比較高）
▲ 性能一致性腳本，讀取與寫入混合測試所得結果。
▲ 服務品質測試結果。
就試驗結果而言，如果你很重性寫入掉速這議題，那麼 SSD 750 毫無疑問，在髒碟情況底下是能提供較佳的性能體驗。但一般應用的真實體驗，M8PeG 所能提供的速度感，是有機會凌駕在 SSD 750 之上。該如何抉擇，我們想就讓預算來說話，充裕且對附加設計要求高者，是值得攻頂選擇 SSD 750。反之，預算較為有限、運作負載量較低時，M8Pe 系列算是相當實惠。
測試平台
- 處理器：Intel Core i7-4770K
- 主機板：Asus Z97-PRO（Wi-Fi ac）
- 記憶體：Kingston HyperX Genesis PnP DDR3-1600 4GB x 2
- 系統碟：Kingston HyperX SSD 240GB
- 作業系統：Windows 10 Pro 64bit 中文版
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