AHCI vs. NVMe

Author Adam Liu | 20. Januar 2021 | Alle, Verbraucher, Technologie

Bei SSDs sind AHCI (Advanced Host Controller Interface) und NVMe (Non-Volatile Memory Express) gültige Schnittstellenspezifikationen für SSDs.

Die grundlegende Strukturschicht zwischen SATA- und PCIe-Schnittstelle (wie in Abb. 1 dargestellt) verdeutlicht die Rolle der AHCI- und NVMe-Standards bei der Kommunikation zwischen SSD und HOST.

AHCI

AHCI wurde weithin übernommen, als SATA die 3-GB/s-Schnittstelle herausbrachte. Im Gegensatz zu herkömmlichen Speicherstrukturen ermöglicht AHCI SSDs die Unterstützung des NCQ-Befehlssatzes (Native Command Queuing). Diese Spezialität ermöglicht die Anwendung von AHCI entweder auf herkömmlichen Festplattenlaufwerken (HDD) oder kommerziellen Consumer-SSDs.

Auf dem aktuellen SSD-Markt verwenden die meisten SSDs Busse, wie z. B. SATA-Anschlüsse, um mit Computersystemen zu kommunizieren. AHCI ist ein von Intel formulierter technischer Standard, der den Hardwaremechanismus spezifiziert, der zur Kommunikation zwischen Software und SATA-Speichergeräten verwendet wird. AHCI definiert eindeutig eine Spezifikation der Speicherstruktur, die Hardwareentwickler befolgen müssen, um Daten zwischen Systemspeicher und SATA-Speichergeräten zu übertragen.

NVMe

NVM Express (NVMe) oder Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification (NVMHCIS) ist eine offene logische Schnittstellenspezifikation für den Zugriff auf nichtflüchtige Speichermedien, die über einen PCI-Express-Bus angeschlossen sind.

Im Gegensatz zu AHCI, das ursprünglich für Festplatten entwickelt wurde, entstand NVMe, als SSDs auf dem Speichermarkt immer mehr Akzeptanz fanden. Intel war daran interessiert, die NVMe-Spezifikation in Kombination mit der PCIe-Busschnittstelle zu entwickeln. Der Vorteil der Verwendung einer über NVMe angeschlossenen PCIe-Schnittstelle besteht darin, dass SSDs eine kürzere Datenzugriffs- und Befehlswarteschlangenlatenz erreichen können. Außerdem verfügen PCIe-NVMe-SSDs über hervorragende Multitasking-Fähigkeiten.

Vergleich von AHCI und NVMe

Tabelle 1 listet die signifikanten Unterschiede zwischen AHCI und NVMe auf. Der maximale Unterschied in der Warteschlangentiefe zeigt an, dass SSD mit NVMe hohe IOPS aufweist (IOPS = Warteschlangentiefe / IO-Latenz).

Der AHCI-Standard wurde zuerst von Anwendungen übernommen, die herkömmliche Festplattenlaufwerke mit hoher Latenz verwendeten. Mit zunehmender SSD-Leistung wird der AHCI-Standard zum Flaschenhals. Daher ist NVMe darauf ausgelegt, den Engpass der SSD-Leistung zu überwinden.

Die Phison-Schlussfolgerung

Das Kommunikationsprotokoll zwischen SSD und HOST entwickelt sich ebenso schnell weiter wie die Entwicklung schnellerer NAND-Flash-Speicher. Das ursprünglich für SATA-Geräte konzipierte Advanced Host Controller Interface (AHCI) wird den steigenden Anforderungen des Hochleistungs-SSD-Designs nicht mehr gerecht. Um eine neue Datenübertragungsrate zu erreichen, wird die Schnittstelle von SSDs schrittweise auf NVM Express (NVMe) migriert, das mit PCIe-Bussen verbunden ist.