【新品速遞】一文詳解 ALINX NVMe IP 特性

在當下數據驅動的時代，企業對高性能存儲解決方案的需求不斷增加。NVMe AXI IP 憑借其支持大數據量、高速傳輸、低延遲等存儲性能優勢，成為眾多開發者和企業的理想選擇。

NVMe 專為 SSD 而生，通過直接利用 PCIe 通道，避免 SATA 協議和外置控制器（PCH）的額外延遲，使性能大幅提升，尤其在隨機 I/O 操作中表現突出。

NVMe PCIe SSD 的 IOPs 性能可達高端企業級 SATA SSD 的十倍（具體場景為高隊列深度的隨機讀寫），同時支持自動功耗狀態切換和動態能耗管理功能，顯著降低功耗。

( NVMe/SAS/SATA 存儲設備單讀性能對比)

NVMe 協議憑借其高速傳輸、低延遲、高效能存儲和高可靠性的特點，在數據中心、邊緣計算、企業存儲、AI 服務器和云計算等領域有著廣泛應用。

ALINX NVMe IP 針對當前數據密集型應用進行了深度優化，顯著縮短了延遲時間，提升數據吞吐量，滿足云計算、大數據分析、人工智能、虛擬現實/增強現實( VR/AR )等前沿領域的迫切需求。

兼容性方面，NVMe IP 不依賴 CPU，全部由 FPGA 完成處理，需要 FPGA 具有足夠的資源和適當的硬件支持。ALINX NVMe IP 目前支持 AMD Virtex 7/ AMD UltraScale/AMD UltraScale+ 系列器件。

技術支持方面，ALINX 提供完善的技術支持和高效的定制化服務，由經驗豐富的 IP 研發團隊專人對接，全程協助客戶完成 IP 集成和性能優化，確保客戶需求快速實現。

考慮到每個應用場景都有其獨特需求，ALINX NVMe AXI IP 為開發者提供了豐富的定制選項，允許根據特定的應用需求對其性能進行精準調整，包括不限于優化特定工作負載下的數據傳輸速率，根據不同的存儲容量需求進行配置等。

以下是 ALINX NVMe IP 的詳細介紹：

IP 資源消耗表

注：IP 實際邏輯資源消耗受實例化中其他邏輯資源消耗影響

產品特性

• 功能支持：命令支持（Identify、Write、Read、Flush），兼容 NVMe 1.4 協議，支持 PCIe Gen 1.0-4.0；

• 性能參數：

  （1） 最大隊列深度：每個隊列支持 65535 個 I/O 命令；

  （2） 傳輸速率：基于 PCIe 3.0 X4，讀寫速率均可達 3000MB/s；

• 靈活性：支持多種存儲單元（512 字節 / 4096 字節）；

• 支持定制化服務：包括數據傳輸速率優化和存儲容量配置；

• 版本支持：支持兩個版本（AXI FULL 版本 / AXI Stream 版本）；

• 參考設計：XCZU19EG + FMC子板(FH1402)+SAMSUNG 980 M.2 SSD。

• AXI-Master-FULL 版本

• AXI-Stream 版本

NVMe AXI IP 通過 PCIe Bridge 實現 PCIe 協議交互，支持 AXI FULL 和 AXI Stream 兩種接口模式。用戶數據通過 AXI Interconnect 接入后，經過 NVMe AXI IP 的協議邏輯處理，被打包為 PCIe TLP 包并寫入 NVMe SSD 存儲；同樣，數據從 NVMe SSD 提取后，通過協議解析和 AXI 接口傳遞到上層邏輯。

• AXI-Master-FULL 版本

AXI 讀寫：在系統正常啟動后，NVMe AXI IP 自動初始化并建立 PCIe 鏈路連接。初始化完成后，用戶的數據流通過 AXI Interconnect IP 傳送到 NVMe AXI IP 的 AXI Master FULL 接口，進行 NVMe 協議的處理。數據被打包為 TLP 層 PCIe 包，并通過 RC/RQ/CC/CQ AXI Stream 接口與 AMD UltraScale+ 設備的 PCIe 集成模塊（Integrated Block for PCIExpress）連接，最終寫入 NVMe SSD 存儲。當需要讀取數據時，NVMe AXI IP 從 NVMe SSD 通過 RC/RQ/CC/CQ AXI Stream 接口提取數據，再通過 AXI Master FULL 接口與 AXI Interconnect IP 連接，將數據傳輸到其他 AXI 總線接口供用戶邏輯使用。

• AXI-Stream 版本

AXI Stream 讀寫：在系統正常啟動后，NVMe AXI IP 自動進行初始化并建立連接。初始化完成后，用戶的數據流通過 AXI Stream 接口輸入到 NVMe AXI IP，執行 NVMe 協議的交互處理。數據被打包為 TLP 層 PCIe 包，通過 RC/RQ/CC/CQ AXI Stream 接口與 AMD UltraScale+ 設備的 PCIe 集成模塊連接，最終存儲到 NVMe SSD。當從 NVMe SSD 讀取數據時，NVMe AXI IP 使用 RC/RQ/CC/CQ AXI Stream 接口提取數據，并通過 AXI Stream 接口傳輸給連接的視頻輸出 IP，進而通過視頻接口進行數據展示。