pcie5.0上市时间_PCIE固态硬盘

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1 什么是 PCIe 5.0？

第 5 代快速周边组件互连称为 PCI Express 5.0。它也称为第 5 代 PCIe、PCIe 5、PCI v5 或简称为 PCIe 5.0。

2  PCIE5.0 速度

2.1 PCIE5.0 极限速度

从PCIe 4.0更新到PCIe 5.0，速度翻了两倍（单通道 2GB/s 提升到 4GB/s）。PCIE5.0 最多支持16 通道连接，但一般只有企业级 SSD 才会这么多通道。 个人消费者使用的 SSD 一般有 4 个通道， PCIE5.0 SSD 最大速度为 16GB/s。

2.2 PCIE5.0 SSD 实际速度

英睿达 T700 2TB

 图片来源： 知乎 PCIe 5.0 SSD 硬盘的性能到底怎么样？ – 知乎

 目前在市面上比较快的要算英睿达 T700 2TB，顺序读速度达到 12251 MB/s， 写达到 11789 MB/s

而在前沿路上， 还有更高的速度打破记录， 真的能达到极限速度天花板了。

慧荣科技（SiliconMotion）在美国加州 FMS 2023峰会上，展示了其消费级PCIe 5.0固态硬盘主控新品，型号名为“SM2508”。提供高达14GB/s的顺序读写速度，2000K IOPS的随机读写速度。

3 散热问题与展望

随着性能的增强，PCIe 5.0的SSD发热急剧增大[4]。介质密度由于堆叠而增大，功率密度其实也在持续增加，散热需求随之变得突出起来。PCIe 5.0 SSD必须搭配大型散热片，但最终不得不依赖主动风扇将热量快速排走。

SSD主控可以承受120℃的高温，但这会严重影响闪存芯片，后者温度如果达到75℃左右，就会变得非常不可靠，容易掉速甚至丢失数据。[文献3]

在合理情况下，闪存芯片的温度应该在25-50℃范围。

目前上市的 PCIe 5.0 SSD 速度达到了 12.4 GB/s，高端型号基本配备了小风扇主动散热。以上图中的影驰型号为例，SSD 满载功耗可达 11.5W。

一种方案使用 Frore Systems 的 AirJet Mini 散热系统，即固态主动散热技术，通过微型振动膜来产生气流。专为无风扇和轻薄笔记本电脑设计。

 图片来源： 新浪科技   [参考1]

展望未来方向就是升级主控工艺，比如 7nm 工艺，减少主控功耗， 同时， 闪存芯片也要想办法降低功耗。

4 PCIE5.0 搭配 NVMe 协议

一般是搭配 NVMe 2.0 协议。

NVMe 2.0 最重要的改变:

1. 分区命名空间（ZNS）
2. Key Value 指令集
3. Endurance Group Management
4. 支持HDD

扩展阅读： NVME 2.0 新技术解决了什么痛点? 会带来哪些变革?

ZNS好处

ZNS命令集主要针对按顺序写入的应用程序, 减少过度配置，以实现更高容量，减少垃圾收集以促进更可预测的性能，并可能使用更少的DRAM和断电保护电容器来降低成本  [参考2]。

键值的好处

KV最适用于数据库应用程序， 以前存储设备需要另一次转换才能从逻辑块到存储介质上的物理位置，KV 协议消除了对转换层的需求，提高了性能并减少了转换表的存储需求 [参考2]。

PCIE 5.0 Form Factotr(形态规格)

关于SSD外形规格，M.2和2.5英寸规格已经沿用多年。以M.2 NVMe SSD为例，它曾经通吃从笔记本电脑、台式机、服务器各个领域。但进入PCIe 4.0时代之后，发热量的问题已经无法回避， M.2 SSD在笔记本电脑中的接受度不高。U.2虽然没有这么严重的性能制约，但空间效率和散热效率偏低的问题同样不容回避。

图片来源：Intel时期资料

EDSFF是什么？

2018年初形成行业标准EDSFF。EDSFF系列主要分为三种规格，E1.S（SFF-TA-1006）、E1.L（SFF-TA-1007）和E3（SFF-TA-1008）。早在2018年Q1就发布了1.0规范。E1.S定位是可扩展和灵活的性能型存储，E1.L针对高容量存储（如：QLC），E3.S和E3.L则是用于2U服务器存储中的高性能SSD，S和L代表尺寸长度不同。

E1.S

最初设计目的是为了在数据中心里取代M.2，解决其种种不足之处，横向可以容纳两排闪存颗粒，支持热插拔，12V供电支持更高供电，散热也更容易。

E1.S最初只定义了PCB电路板尺寸，功耗不超过12W，其他的留给厂商自由发挥，因此，很快就出现了无论功耗还是性能都基本达到了2.5英寸U.2接口的档次的产品，而且散热更方便。

EDSFF E3

是下一代企业级SSD中，尺寸比较接近2.5英寸盘的版本。它分为E3.S和E3.L两个系列，每个系列又分为“1T”和“2T”厚度版本（T代表Thickness），共4款。

5 PCIE 5.0 对 NAND 接口速度

PCIe5.0的 SSD 闪存接口的速度也要相当快。PCIe 5.0 SSD上主要应用 2400MT/s 的闪存

新闪存还首次使用了ONFi 5.0标准中新引入的NV-LPDDR4接口，支持高达2400MT/s的闪存接口带宽，从而为PCIe 5.0 SSD提供动力， 当NAND 通道数达到 8 通道， 可以接近 12GB/s 的实际速度。美光、SK海力士以及长江存储，先后在2022 年7月到8月间发布了2400 MTps的3D NAND芯片

PCIE 5.0 挑战

此节选自： SSD新范式｜重构！PCIe 5.0与CXL助力异构计算时代 – 知乎

现实困难主要来自于信号质量的要求，以及物料的调整。

PCIe 4.0对通道损耗的要求是8GHz小于28dB，而PCIe 5.0则是16GHz小于36dB。PCIe 5.0相对于4.0的速率提高了一倍，损耗要求却没有下降太多。大致相当于对于硬件设计的损耗控制要求提高了几乎一倍。

 图片来源：德州仪器公司资料

PCIe 4.0阶段首次引入了信号调节的概念。需要信号调节功能的器件比如ReTimer（重定时器）。

ReTimer增加了CDR（Clock& DataRecovery)电路，它是一种数字信号和模拟信号混合设备。进入ReTimer的模拟信号会被还原成数字信号，再重新变成模拟信号发出去。由于ReTimer增加了一次信号整理的过程，它可以消除信号的抖动。这也带来两个问题：

• 数据处理过程增加了时延，因此一条PCIe链路中最多使用2个ReTimer，否则延迟太大；
• ReTimer成本较高，且应与协议的版本匹配。

在PCIe 4.0的系统中，建议用ReTimer来确保时序的同步，但不是必须的，可以根据布线的距离来决定。但到了PCIe 5.0阶段，ReTimer已经是必选项，具体在整体链路中的哪个位置安排ReTimer需要谨慎考虑。

除了需要ReTimer保证信号强度，PCIe 5.0的PCB还需要使用超低损耗的材料，这也大大提高了产品的成本。但在整台服务器当中，需要的PCB面积实在太大，这不仅仅是物料成本增加的问题，还引发了材料供应的短缺。工程师们需要进一步优化设计，在主板、Riser卡、背板、扩展设备等环节中寻求使用常规或低损耗材料的可能，以减少超低损耗材料的制约。如果能够在使用较低成本材料的同时，通过对叠层、传输线结构的调整，达到符合要求的通道性能，无疑能使产品获得更大的竞争力。

参考

[1] PCIe 5.0 SSD：采用 AirJet 散热技术，速度超 14 GB/s_新浪科技_新浪网

[2] 转向PCIe 5.0、NVMe 2.0以提高存储性能 – TechTarget存储

[3] PCIe 5.0 SSD必须上风扇了！ – 知乎 

[4] PCIe 5.0 SSD来袭，性能如何，发热大不大？

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