近年來固態硬碟已漸為普及，晶片組對於儲存裝置的速度優化也跟著加緊腳步進行。AHCI廣為個人電腦使用，當年主要針對傳統機械式硬碟而生，而NVMe（Non-Volatile Memory Express）則是針對非揮發性記憶體儲存裝置（NAND Flash）加以制訂；而且主要是由Intel所開發主導。

NVMe透過PCIe Lans最佳化固態硬碟介面，主要鎖定企業端應用，近期先後下放給X99、部份9系列及100系列晶片組使用，並支援MSI、MXI-I中斷、I/O虛擬化架構、MIMO存取能力，並強化4K小檔隨機存取性能，這些對家用端來說或許較為無感，但企業端來講都是很重要的功能。

PCIe 高頻寬 低延遲

在電腦的I/O存取上，PCIe匯流排具有高頻寬、低延遲的優質特性，因此早在數年前，就開始有儲存廠使用PCIe介面開發旗艦款固態硬碟，經過這幾年的發展後，於是有了SATA Express與NVMe這兩種PCIe儲存標準規範。

縱觀SSD各類產品百花齊放，我們不難發現多家大廠都有推出PCIe儲存裝置，但其實規範卻大異其趣，從PCIe 1.1 x4 / x8、到PCIe 2.0 x4 / x8 / x16、一路到PCIe 3.0皆所在多有。除此之外，無論在尺寸規範、驅動程式，都沒有一個嚴謹的規範，往往還是得晶片組及主機板廠給力支援，才能抓到使用，當然不像目前主流SAS及SATA硬碟只要隨插就能即用。

↑ 左邊紅色路徑為AHCI搭配傳統SATA介面，是目前HDD及SSD主流傳輸模式。中間橙色路徑為AHCI搭配PCIe介面，算是目前絕大多數PCIe SSD過渡期傳輸模式。右邊紫色路徑為NVMe搭配PCIe介面，是未來高速I/O傳輸模式。

NVMe 花開正當時

以效能與穩定性的角度來看，PCIe高速儲存裝置的成熟，有賴於原生晶片組對於PCIe介面的支援，在此之前，不是透過NAND Flash IC控制其讀寫，不然就是透過NAND Flash管理軟體，跨越PCIe介面加以運行。然而，如此一來，相對較於消耗處理器與記憶體資源，而且，必需要有相對應的驅動程式，不只廠商要認證，在消費者認為隨插即用乃天經地義的時代，也屬相當不利。穿越重重難關之後，若無法成為可開機系統碟，只能透過他碟開機後執行NAND Flash管理程式，那麼實用性也會大打折扣，而NVMe的誕生，解決了上述這些問題。

↑ 若透過平臺加以運算管理PCIe SSD，對於處理器與記憶體的資源消耗非同小可，相當浪費效率。

↑ SAS或SATA介面透過RAID 0將SSD效能搾乾已經是相當成熟的技術。

↑ 透過原生PCIe NAND Flash控制器除了在效能上表現更佳，無論在功耗、成本及穩定度上，也有相當顯著的優勢。

NVMe vs. AHCI 比一比

隨著近年來雲端、大數據、虛擬化平臺的廣泛運用，儲存裝置對於高速I/O的殷切需求可說迫在眉睫，是以PCIe儲存標準規範開始被業界注意，而NVMe由是應運而生。

NVMe 是 NVMe Express（Non-Volatile Memory Express）的縮寫，顧名思義就知道這是專門為了非揮發性記憶體儲存裝置所制定的規範。事實上，NVMe早在2007年的IDF開發者論壇被提出，其後一直由Intel所主導開發，同時得到Cisco、Dell、EMC、NetApp及Oracle等大廠的支持，定義了固態硬碟控制器與作業系統之間的RTL（Register Transfer Level，暫存器傳輸級）、指令集及功能集，統一了PCIe儲存裝置規範，並最佳化SSD介面標準，最終達成像SATA、SAS硬碟般隨插即用的通用性及便利性。

↑ SAS 12Gbps除了主機板伺服器得支援PCIe 3.0之外，還要安裝12Gbps SAS HBA卡或RIAD卡，搭配對應規格之線材，在建置成本與泛用性上，仍具頗高門檻。

NVMe普及  PCIe崛起

相較之下，我們所熟悉的AHCI介面，其實與NVMe一樣，都是作為儲存裝置與作業系統之間的溝通介面標準。AHCI相較於早期IDE傳統傳輸架構，增加了NCQ（Native Command Queuing，原生指令佇列）指令集，從SATA 3Gbps開始一路普及迄今，在目前越加普及的SSD時代依然延用，而針對PCIe介面的NVMe則稱得上是未來之星了。

除此之外，NVMe與AHCI目前也可實作在SATA Experss及M.2介面產品上，其存取、指令佇列延遲時間相較傳統SATA、SAS更具優勢；同時多工能力也相對優異，不禁令人聯想到SCSI與PATA時代的相對差異，頗有異曲同工之妙。

↑ NVMe相對於AHCI，毋需暫存讀取、擁有MSI-X、HT、平行處理與和中斷管理，確保任一核心非I/O瓶頸。此外，最大佇列深度64K，每個佇列64K指令，同時4K指令效率佳，毋需兩個連續DRAM讀取操作。換言之，不只功耗更低、性能也更加卓越。

NAND Flash 每瓦IOPS成本更低

不過，大家都知道，NAND Flash快閃記憶體的特性，則彌補了動態隨機存取記憶體和機械式儲存方式之間的效能落差。事實上，NAND Flash的速度還是稍遜DRAM一籌，不過其單位容量成本比DRAM更低，而且隨著製程的進步與競爭者之間的整併，NAND Flash價格相較多年前有大幅下降的趨勢，更重要的是每瓦IOPS的成本相較機械式儲存來得更低，這點深受企業端青睞。

企業端與消費端不同的部份，在於通常需要24小時×7天不斷電運行，因此電力成本絕對是企業端的一大考量，而虛擬化技術使得雲端運算大為流行，使用者資料隨機存取的特性更加明顯，若依賴傳統機械式硬碟進行重度資料吞吐，那麼與處理器之間的運算時間差，功耗的無謂消耗，以及甚至每一微秒(μs)的延遲，都是一種無謂的浪費。

↑ 以傳統機械式硬碟來看，存取時間多寡，取決於讀取頭在磁碟上資料磁軌間移動速度有多快；同時，資料從存放所在移動到讀取頭下磁區內的旋轉延遲也有不小的影響。一般而論，硬碟在循序傳輸及讀取上的表現不錯，但隨機搜尋時的效率便會大打折扣。

Pioneer APS-SE1 高速、省電、可靠

我們知道，x86市場這幾年有了巨大轉變，很多計算都是在雲端伺服器上進行，然後傳送到行動裝置上播放。也因此，伺服器市場成長爆增，只要這個趨勢不變，而伺服器需求將會持續攀昇。

有鑒於此，身為科技的先鋒，推出了Pioneer APS-SE1這款基於NVME協定而生的PCIe SSD，對於想自建虛擬機平臺的商業人士來說，能有效控制平臺組建成本，亦能夠滿足鉅量IOPS之所需。當然，相較於傳統HDD，省電、24×7小時不關機的優異特性，搭載日系血統Toshiba顆粒的Pioneer APS-SE1，除了高速、省電之外，儲存的可靠性更是不容質疑。

由於Intel將不少企業端設計下放，所以預算不夠，但需求仍在的使用者，可透過自組SERVER的方式達成一樣的目標，在台灣這方面則以學術應用、網路空間租賃及4K美工設計等為大宗。

↑ 目前檯面上的X99平臺及部份Z97平臺，需更新UEFI BIOS，方能支援NVMe規範，抓到NVMe PCIe SSD。

日系精品 效率一流

從學術應用面來看，不少大學實驗室，需要跑重度模擬運算軟體，但拿到的預算有限，買SERVER太傷，目前以X99搭PCIe SSD為運算主力者為多；以X99平臺搭配Pioneer APS-SE1實測發現，透過Windows 10內建的hyper-v，可以多開4個運算平臺進行電磁模擬，此時Core i7-5960X的負載落在80%上下，而Pioneer APS-SE1的IOPS充份發揮效用，使得原本模擬時間從8個小時又52分，直接縮短到5個小時又17分，直接省下32.18％的時間，對於專案進度有相當明顯的提昇。

↑ 透過虛擬化作業，能夠將PCIe SSD潛能予以發揮，以Windows 10內建Hyper-V四開為例，可直接省下32.18％時間，有效強化生產力。

節能省電 賺得更多

不少人網路上開店、當部落客累積流量、拉預算，這些都要去買網址、買網路空間。也因此，會去跟主機商租空間，而主機商為了讓客戶滿意度提昇，像是訪客點圖速度變快、部落客上傳檔案速度越快越好，同時SSD也有省電的特性，那麼主機商若不想花大錢買SERVER又想達到一樣的效果，就會買PCIe SSD自組平臺使用。

生意好的主機商，對於PCIe SSD的需求相當饑渴，PCIe SSD對VMWare又有不錯的特性，Pioneer APS-SE1兼顧省電（因為24小時、365天不關機）、穩定性、高速性，具高度成本佈署優勢，筆者以兩張搭載C232伺服器晶片組的GIGABYTE GA-X150M-PLUS WS加以實測，在同樣的零組件配置下，搭載WD Red Pro 4TB的平臺在滿載情況下，總功耗是274瓦，而搭載Pioneer APS-SE1僅258瓦，相差約16瓦。帳面看起來或許不多，但實務上主機商硬碟都是幾十顆起跳，幾百顆也所在多有，如此來算，更換後主機商每個月省下電費都是萬元起跳，除了節能省錢外，還可額外替環保貢獻一份心力。

↑ SSD在省電表現上，比起傳統機械式硬碟更勝一籌，這是因為SSD並沒有內建尋軌馬達的關係，對於24小時不關機的主機商而言，長年累月下來，可節省不少電費。

虛實整合 雲端未來

由於4K電視價格跌落，內容提供者越來越多，而PCIe SSD可強化效率。4K即時修圖，在雙LCD作業下，工作者會希望像是左螢幕修，右螢幕馬上呈現出效果，不要卡在那邊算圖，除了效率不好、浪費時間外，節奏不順也會打壞靈感。在可預期的未來，這類4K工作者，會因為工作需求，換購PCIe SSD，使得總工作成本大降。筆者同樣以X99平臺搭配Pioneer APS-SE1實測，在高碼率下不會有破圖等情事，修起圖來稱得上是行雲流水。然而，只要換回WD Red Pro 4TB，必然會發生卡頓的情況，對於工作影響實不可謂不大。

最後，目前有不少MIS把NAS作為類SERVER使用，現在不少中高階NAS會空出PCIe插槽讓用戶擴充、自行運用。像是對岸就有不少KTV是將歌曲放到NAS裡，若是使用傳統硬碟，在虛擬化技術下，若四個房間共用一台主機，在經常咖歌的情況下，很容易發生漏歌或是跳針的情況；若透過Pioneer APS-SE1這類PCIe SSD，在處理器與記憶體充足的情況下，即使面對八個房間共用一台主機也能給唱K的朋友一流的體驗。透過PCIe SSD高速隨機存取的特性，大陸也不少網咖現在也開始用虛擬機轉型，在可見的雲端化未來，優異的商用特性令人期待。

↑ Windwos 10直接內建Hyper-V，能充分發揮平硬體效能，可說是相當與時俱進的作業系統。

↑ 透過Hyper-V技術，可自定義虛擬機器的限制，讓整機運作得更加流暢、寫意，且不浪費硬體效能。

Pioneer APS-SE1 vs. WD Red Pro 4TB 實戰測試

接下來，就要看看X99平臺交火Pioneer APS-SE1的傳輸效能是龍還是蛇？首先，筆者將上千張照片、音樂、文件等小檔，利用UltraISO軟體，封裝成4.36GB容量大小的ISO檔（採用ISO/IEC 14496-10格式，確保封裝前後容量大小不變）；完成之後，再外加3個1KB純文字檔，放在同一個資料夾中。接著，我們便可以測試Pioneer APS-SE1「已封裝的單檔」與「未封裝的零碎檔」，在X99平臺上的傳輸效能表現。

首先，將「已封裝的單檔」外加3個1KB純文字檔，透過10GbE網卡，由電腦檔案總管，直接拉到NAS端，藉此模擬主機商在內部分散式處理時的效率表現。從該測試，我們可以發現，同樣的平台，若以WD Red Pro 4TB來測試得話，寫入速度略高於80MB/sec；若換上Pioneer APS-SE1，則寫入速度大幅拉高到137MB/sec。

接下來，筆者進行「未封裝的零碎檔」的效能測試。按照一樣的流程，首先將檔案由電腦端拉到NAS端，WD Red Pro 4TB寫入速度約保持在接近70MB/sec之間；換上Pioneer APS-SE1，寫入速度約保持在接近133MB/sec之間。

接著，再由NAS端將該檔拉到電腦檔案總管上，WD Red Pro 4TB讀取速度穩定保持在接近66MB/sec上下；換上Pioneer APS-SE1，寫入速度約保持在接近112MB/sec之間，表現更加亮眼。

↑ PCIe SSD寫入表現，確實非傳統機械式硬碟可及。

↑ 無論是封裝大檔或是零碎小檔，Pioneer APS-SE1寫入表現，都有讓人眼睛為之一亮的精彩演出。

↑ Pioneer APS-SE1讀取表現，非傳統機械式硬碟之契所能及。

 Pioneer APS-SE1 vs. Intel 750 SSD雙強對決

接下來，我們拿NVMe PCIe SSD裡的風雲戰神Intel 750系列，與Pioneer APS-SE1進行捉對比較。從AS SSD BenchMark測試中，我們可以清楚地看到，在4K-64Thrd項目上，Pioneer APS-SE1讀取效率高達422023iops、寫入則衝破天際，測得332629的好表現。反觀Intel 750系列，讀取僅323059iops、寫入僅268114iops；換算之下，Pioneer APS-SE1在零碎檔隨機存取的最高效能表現上，讀取效率勝過Intel 750系列30.63％、讀取效率勝過Intel 750系列29.62％。

雖說在連續讀寫表現上，Intel 750系列確實略勝一籌，但別忘了，一般使用情況下，4K隨機存取更符合使用者工作情境、在硬體與軔體的表現上，也更加能夠彰顯出一顆SSD的價值之所在。

筆者接著再以AS SSD壓縮測試，來進行Intel 750系列與Pioneer APS-SE1的壓力測試，不難發現Pioneer APS-SE1線型相對平穩，以統計學觀點來解讀線圖趨勢，Pioneer APS-SE1讀、寫平均值均領先Intel 750系列有1成以上，而且讀、寫變異數與標準差更小，也就是說更加穩定、可靠。對於有虛擬化用途需求、冷熱資料搭配固態硬碟混傳統硬碟需求者，Pioneer APS-SE1確實是更勝Intel 750的優質之選。

↑ 觀察4K-64Thrd項目，Pioneer APS-SE1在零碎檔隨機存取的最高效能表現上，讀取效率勝過Intel 750系列30.63％、讀取效率勝過Intel 750系列29.62％，令人激賞。

↑ 以統計學觀點來解讀線圖趨勢，Pioneer APS-SE1讀、寫平均值均領先Intel 750系列有1成以上，而且讀、寫變異數與標準差更小，也就是說更加穩定、可靠。

效率、省電、可靠度  三位一體

縱觀目前市場上的產品中，Pioneer與Toshiba日廠雙強聯手，憑藉著規格強悍的硬體效能，在同價位帶上，兼顧了效率、省電與可靠性，對於效率分秒必爭的現代企業來說，無疑是一款值得考慮的選擇。推薦給立志邁向雲端新世代的企業採購、選用。

↑ Pioneer APS-SE1 vs. Intel 750 SSD雙強對決，在零碎檔隨機存取的最高效能表現上，Pioneer APS-SE1明顯更勝一籌。

↑ Pioneer與Toshiba日廠雙強聯手，Pioneer SSD本體後方，佈滿Toshiba優質顆粒，無論在效能與可靠度上，都充份發揮了日系大廠精益求精的卓越表現。