NVMe固态硬盘到底是什么？如何实现
本帖最后由 DreameRing 于 2018-11-5 19:53 编辑自从第一次摸电脑的时候，只知道内存处理器快就好，后来买了300A+128M内存，才发现，真正慢的是硬盘，硬盘在固态硬盘出来之前这么多年的发展实在是太缓慢，完完全全的瓶颈。内存再快，硬盘跟不上也没用。
应该很多网友都用上了SSD，上一讲只是大概说了一下SSD基础，用起来也仅仅需要4K对齐。这次专门说完全不一样的NVMe协议固态硬盘。
好了，各位网友可以由浅入深的共同探讨，当然高级的九浅一深也可以……
1，什么是NVMe
NVMe是Non-Volatile Memory express的简称，来说NVMe不是一种接口，而是一种协议，什么是协议？最简单的理解就是一种传输方案，和接口有一定关系。
并口时代不讨论。在串口时代如果硬盘接入SATA，可以将协议设置为IDE（理解为并口）或者AHCI（理解为串口），一般情况下，都会选择更配套的高速的协议。这就好比USB3.0的优盘完全可以用在USB2.0接口上一样，但是一般都用在USB3.0接口上。
2，为什么要选择NVMe？
第一啊，NVMe具有更好的队列深度和更低的延迟。
第二，因为串口硬盘（SATA）就算是SATA3.0，它传输通道的速度是6Gbps，这种接口注定速度不能突破800M/S，所以所有有的NVMe协议的硬盘都被接入了更高速的显卡用的PCIE通道。PCIE 3.0 1X的速度就是8Gbps。PCIE 3.0 4X的速度是32Gbps，远高于SATA3.0。轻松突破2000M/S。
3，实现NVMe条件？
确切来说，NVMe需要接口、总线、协议、启动、驱动共同支持才能实现。NVMe不同于AHCI，在BIOS里设置一下就OK，这里是有严格要求！
我先来简单说一下几个名词！
总线：就是传输的通道，NVMe必须采用在PCI-E 3.0 4X以上
接口：就是主板上用于连接SSD的那个插槽（接口）
通道：就是数据走的哪条通道
协议：就是方案。即使接口和总线全部没问题，如果SSD不支持NVMe这个协议也没用
DMI：处理器连接主板芯片组的总线
PCH：就是主板南桥，可以理解为芯片组，把总线扩展为其他接口的一个芯片
启动：必须EFI启动才可以
总结：确切来说，NVMe的实现需要运行在主板，硬盘都支持，接在的PCIE 3.0 4X以上。有驱动的环境下并以EFI方式来启动。听起来是不是挺简单？貌似硬件支持，有驱动，接口接对了就行了？其实不然。
第一，先说接口
NVMe必须在走PCIE 4X总线才能实现！这个总线可以通过以下几个接口实现：U2，M.2，PCI-E。
而M.2接口还分B KEY（Socket2）和M KEY（Socket 3）。而NVMe能够实现的M2接口都是M KEY（Socket 3），加上B KEY基本被淘汰，大多数低端机器尤其是笔记本上，都用这个接口，目前新买到的中高端机器应该都是M KEY。所以下文都说M KEY（Socket 3）接口。
这几个接口都能走PCIE总线，除了外观其实本质上速度上没什么区别。
第二，说协议
协议其实理解也容易，我说说和接口的关联。
IDE：只能IDE（并口）
SATA：AHCI（串口）、IDE
PCI-E：PCIE、NVMe
M2、U2、SATA-E：PCIE，NVMe，部分低端的是以SATA变成如上接口而存在。
反过来用协议表示也一样
IDE：IDE、SATA
AHCI：M2、U2、SATA-E、SATA
PCI-E：M2、U2、SATA-E、PCI-E
NVMe：M2、U2、PCI-E、SATA-E
不过要说的是，SATA-E用NVMe几乎不可能，认为不应该再存在的接口。
第三，再说总线和通道（最重点）
从Ivy Bridge开始Intel都采用PCIE 3.0，NVMe必须在PCIE 3.0 X4以上才行。
1，每种接口不是100%都走PCIE总线通道
芯片组转接的接口也可以通过Intel RST走SATA通道，比如M2接口也可以走SATA也可以走PCIE，这个需要自身SSD和主板共同支持PCIE总线，接口类型在BIOS里设置为PCIE通道。
2，M2接口是主流，但是必须速度达标
NVMe在PCIE 3.0 X4以上才行，但是很多接口（U2，M2）自带的是X2的速度，就是16Gbps的速度。我们需要Ultra M2接口，这种是以X4的方式连接的，速度是32Gbps。购买的时候一定要看清楚。如果标注32Gbps或者X4就可以实现。
3，未必硬件全部支持就等同支持
既然必须在PCIE 3.0下运行，这个需要在BIOS里设置为PCIE 3.0。正确的应该是PCIe Gen3。
4，PCIE通道数是有限制的
虽然现在大部分都是PCIE 3.0的，但是你非常需要明白一件事情，PCIE通道是有总数和方式的。
原生PCIE总线在CPU内，每个处理器具体多少条总线可以查询文档。
就说6700K吧，一共24条PCIE通道，连接主板的DMI总线用4条，核显永久占用4条，剩下来就是16条。不是说你有多少就能用多少。
但是一般情况下说的PCIE通道数指的是可利用通道，比如6700K不是标称24条而是16条。
5，既然剩余只有16X，显卡也是16X，不是没了嘛？
再说通道。刚才不是说PCIE只剩余了16条么？显卡插槽就是X16，这就没了啊，那为什么主板都带多个PCIE插槽？先看一张10系列和9系列芯片组的图。
能看懂多少看多少吧。
处理器原生16X PCIE通道，而芯片组的PCH也有PCIE通道。
刚才说了，6700K的一共24条PCIE通道，为了处理器为了跟主板连接，分了4条给了DMI总线。这4条PCIE 3.0的总线又被分成26条通道，其中USB占用8条，还有12条分给了Intel RST，这12条通道可以以M2或者PCIE的接口来存在，可以变成PCIE通道也可以变成SATA通道。这个就叫做PCH中转！
再来看9系列芯片组的图，PCIE3.0都是原生接口，而芯片组提供的只有PCIE2.0，速度很不达标，想要用NVMe就必须插原生显卡插槽上。
PCH中转也可以实现NVMe，只不过速度略差，也被通俗的认为不完美NVMe。一般用直连CPU的通道（就是原生PCIE3.0）。
6，这样做通道真的够用吗？
所有芯片组的PCIE接口（PCH中转），都是走DMI总线的，总线速度等同PCIE 4X。
看到了么？这么多接口全部走DMI总线，而这些速度总和只有4X。也就是说，如果你把NVMe的SSD安装到PCH中转的接口上，要和USB、声卡、网卡、串口硬盘等共享这个4X通道。想要获得极限速度，就得关停其他接口，这样是很不实际的。
仔细看上述图片很多个通道都是接口共享的，比如某个M2和SATA-E，用了一个另一个就用不了。而出口的总速度再次共享。
但是实际测试，按照目前主流的NVMe硬盘，正常用的话，速度差别不是很大。
7，到底哪些是原生的PCIE 3.0接口？显卡一定是吗？
非常不幸的告诉你！真未必！据我发现，大部分原生PCIE 3.0接口一般都是靠近处理器的那个插槽，其他所有插槽都是非原生的。
那M2接口呢？有没有原生的？只有小部分有，这个部分有多小？Z170-DELUXE还是PCH中转的。部分玩家国度和部分高端主板是原生的PCIE 3.0 4X。当然，这样的话显卡能用的只有12X了。
那显卡的PCIE3.0还有其他原生的嘛？前面的拓扑图得知，Z系芯片组可以拆分原生通道为8+8，或者8+4+4，但是有一个很大的问题，处理器是支持拆分通道，绝大部分的PCIE 3.0接口都是靠近处理器那一条是原生的，其他都是芯片组提供的。小部分是两条原生支持拆分。这个部分有多小？据我发现部分玩家国度是可以拆分的。
8，为什么Z系列芯片组支持通道拆分，确鲜有主板呢？
这么看来，其他主板只要不是贵的离谱，想用原生PCIE通道，要么放弃显卡，要么放弃NVMe？
大家先来看看X99的芯片组的拓扑图。
发现了没？所有的PCIE 3.0都是原生接口，且通道数为40条。够牛X吧？土豪上吧！我如果要是Intel总监我也会拉开X芯片组和其他芯片组的差距。要是如果就好了……
现在你知道为什么普通的主板没有这么多原生PCI-E 3.0接口了吧？
9，速度差异？
就拿gtx1080来说，PCIE 3.0环境下，16X和8X相差不到5%，可以忽略。
一般固态硬盘，在DMI3.0的PCH下，其他设备不是太多的话，速度也不会差到离谱。延迟倒是真正存在的。
总结：
1，大部分只有一条原生PCIE 3.0。要么放弃独显，要么放弃NVMe。不排除某些主板带2条原生PCIE3.0还拆分的，可以看拓扑图。只可惜除了华硕玩家国度里头的一部分高端，和其他品牌的高端我还没见到有说明的。
2，除了部分X99，大部分M2是芯片组提供的。
3，实在想用，就把SSD接在M2 32G的接口上，绝大部分是芯片组中转的。速度和延迟有偏差
4，想要完美？上X99及以上吧！
5，低端芯片组还是放弃了吧！
第四，说启动
最麻烦的通道说完了，再来说一下启动。
刚才说了，需要主板和固态硬盘共同支持，固态硬盘支持很简单，支持会有NVMe字样。至于主板支持，目前9和10系全部支持，部分B85等更新BIOS才能支持。
可问题来了刚才说了，不是PCIE 3.0 4X都能支持嘛？我的Z77为什么不支持？
那是因为Z77没有NVMe的启动文件，需要把NVMe的FFS文件刷到BIOS模块里，具体怎么刷，刷哪个请自行解决。而且每个主板厂商的NVMe模块还不太一样，我见过大部分可以用的NVMeExpressDxE.ffs，也见过华硕的3个NVMe启动ffs。就是说你就算没刷死，刷错了也启动不了。
但是必须要说的是，Intel 750固态内置启动文件，插在很多老主板（比如Z77）上的PCIE 3.0接口可以直接正确识别并启动。
最开始说了，NVMe必须要在EFI引导下才能实现，至于是纯EFI还是开启CSM倒无关紧要。
第五，说安装
关于NVMe，如果想简单的实现，我倒是推荐Windows10，不仅原生支持NVMe，而且也支持纯EFI启动。
既然我来自Windows7大区那么久独立说一下Windows7如何实现。
windows7实现需要2条，第一就是EFI启动，这个没什么好说的，BIOS内开启EFI启动并开启CSM就可以。
Windows7因为内置的boot.wim不包含NVMe驱动，所以安装界面是不识别硬盘。
1，很多人用了Win10的boot.wim来启动安装界面倒是可以识别
2，如果是Windows7安装，那么在安装到选择磁盘的时候，选择浏览，然后加载正确的驱动再刷新，即可看到NVMe硬盘。
驱动下载：
三星系列驱动：
Intel驱动（不包括600P,760P）：
3，既然win10自带NVMe驱动，那么就可以用dism把NVMe驱动内置到系统镜像里。通用NVMe驱动下载地址：
https://support.microsoft.com/zh-cn/kb/2990941
4，PE内安装的话，一定要选择一个支持NVMe的PE，比如某些win10 PE。用winnt安装并添加驱动
5，部分厂家提供镜像修改，比如技嘉的WindowsImageTool，可以直接把NVMe和USB3.0驱动都内置到镜像里
6，如果是600P这样没有原厂驱动的，建议内置驱动，如果有原厂驱动，建议加载原厂驱动。
为什么关于安装部分说的这么少？具体安装大部分人都会，这里直说和普通安装的区别。
我现在头有点晕，难免出错！出错的话可以发帖告知，谢谢！等有空了好好排版吧！
最后愿大家早日体验高速体验！
特大喜讯：支持NVMe的windows7安装光盘论坛已发布，访问地址如下
https://bbs.pcbeta.com/viewthread-1736769-1-1.html
顶上去，我不是妹子不撒娇，坐等 很需要这个文件呢
很好很强大呵呵呵{:5_262:} 不明觉厉，估计完全成熟至少还要等两年 我去，距上次win7安转光盘发布已经有8个月只多了，期待下次版本{:5_268:} 科普贴赞下，要是2年前看得人会更多
既然科普就难为作者了，为了让观众理解有些概念模糊了
nvme盘用了一年多，目前感觉大部分产品成熟度可以了。 很好，学习了 zerozerone 发表于 2017-1-23 02:34 https://www.pcbeta.com/static/image/common/back.gif
科普贴赞下，要是2年前看得人会更多
既然科普就难为作者了，为了让观众理解有些概念模糊了
nvme盘用了一年 ...
我自己看都不免头晕，只能用回答问题的方式。
这个总结排版对于我现在来说不容易，等有空了吧 本帖最后由 a1379388505 于 2017-1-29 12:07 编辑
写的挺认真 谢谢分享！第一次了解这个概念！ 期待跟进，支持一个。 留给记印，谢谢分享！ 坐等大神更新技术贴！ 坐等大神更新技术贴！ 认真看完了，详实，赞一个。
现在100系以下都直接用技嘉的工具集成usb3和nvme驱动了事。
最新200系开始老实上win10了。 谢谢分享，学习了，虽然不是太懂。 斑竹你好，三星官网下下来的nvme驱动是一个exe啊，而且直接用rar解压出来的是一些没有后缀的文件。这个inf要怎么获取呢？不会是到有三星固态的系统上先安装好再提取出来吧…… 长知识了！！ 能否搞个内置NVMe和USB3.0的Windows7安装盘，集成补丁至2017年1月30日，集成IE11，64位版本最佳。如果弄出来了，第一时间告知，谢谢。辛苦了，加油。