基于FPGA的高速数据存储研究文献综述

文献综述（或调研报告）：

0、引言

SSD（固态硬盘）已经成为数据存储的主要存储介质，而传统的SSD采用SATA接口，运行AHCI/SATA协议。严格来说，SATA是为传统的HDD服务的，和HDD相比，SSD具有更低的延时和更高的性能，因此SATA已经严重不能满足SSD的读写速率。基于PCIe接口的SSD配合NVMe协议则可以解决无法释放SSD潜力的问题。FPGA作为主控系统，其丰富的逻辑资源以及可靠性保证使得其在NVMe协议的实现中具有强有力的优势。因此，本设计采用FPGA实现NVMe协议对SSD的高速读写。

1、NVMe协议简介

NVM Express（NVMe），或称非易失性内存主机控制器接口规范，是一个逻辑设备接口规范。它是与AHCI类似的、基于设备逻辑接口的总线传输协议规范，用于访问通过PCIe总线附加的非易失性存储器介质（例如采用闪存的固态硬盘驱动器），理论上不一定要求底层为PCIe总线协议。

NVM代表非易失性存储器（non-volatile memory）的首字母缩略字，这是固态硬盘（SSD）的常见的闪存形式。此规范主要是为基于闪存的存储设备提供一个低延时、内部并发化的原生界面规范，也为现代CPU、计算机平台及相关应用提供原生存储并发化的支持，令主机硬件和软件可以充分利用固态存储设备的并行化存储能力。相比此前机械硬盘驱动器（HDD）时代的AHCI，NVMe/NVMHCI降低了I/O操作等待时间、提升同一时间内的操作数、更大容量的操作队列等。

依托于PCIe总线，NVMe设备可适用于各种支持PCIe总线的物理插槽上，包括标准尺寸的PCIe扩展卡（一般是4个PCIe通道）、采用U.2物理连接界面（SFF-8639）的2.5英寸/3.5英寸标准尺寸固态硬盘驱动器、SATA Express总线（兼容于PCIe）的设备、M.2规格扩展卡等。

NVMe具体优势包括：

（1）性能有数倍的提升；

（2）可大幅降低延迟；