一文详解 ALINX NVMe IP 特性

- ALINX NVMeIP -

在当下数据驱动的时代，企业对高性能存储解决方案的需求不断增加。NVMe AXI IP 凭借其支持大数据量、高速传输、低延迟等存储性能优势，成为众多开发者和企业的理想选择。

NVMe专为 SSD 而生，通过直接利用 PCIe 通道，避免 SATA 协议和外置控制器（PCH）的额外延迟，使性能大幅提升，尤其在随机 I/O 操作中表现突出。

NVMe PCIe SSD的 IOPs 性能可达高端企业级 SATA SSD 的十倍（具体场景为高队列深度的随机读写），同时支持自动功耗状态切换和动态能耗管理功能，显著降低功耗。

( NVMe/SAS/SATA 存储设备单读性能对比)

NVMe 协议凭借其高速传输、低延迟、高效能存储和高可靠性的特点，在数据中心、边缘计算、企业存储、AI 服务器和云计算等领域有着广泛应用。

ALINX NVMe IP 详情

ALINX NVMe IP 针对当前数据密集型应用进行了深度优化，显著缩短了延迟时间，提升数据吞吐量，满足云计算、大数据分析、人工智能、虚拟现实/增强现实( VR/AR )等前沿领域的迫切需求。

兼容性方面，NVMe IP 不依赖 CPU，全部由 FPGA 完成处理，需要 FPGA 具有足够的资源和适当的硬件支持。ALINX NVMe IP 目前支持AMD Virtex 7/ AMD UltraScale/AMD UltraScale+系列器件。

技术支持方面，ALINX 提供完善的技术支持和高效的定制化服务，由经验丰富的 IP 研发团队专人对接，全程协助客户完成 IP 集成和性能优化，确保客户需求快速实现。

考虑到每个应用场景都有其独特需求，ALINX NVMe AXI IP 为开发者提供了丰富的定制选项，允许根据特定的应用需求对其性能进行精准调整，包括不限于优化特定工作负载下的数据传输速率，根据不同的存储容量需求进行配置等。

以下是 ALINX NVMe IP 的详细介绍：

IP 资源消耗表

注：IP 实际逻辑资源消耗受实例化中其他逻辑资源消耗影响

产品特性

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

性能参数：

（1）最大队列深度：每个队列支持 65535 个 I/O 命令；

（2）传输速率：基于 PCIe 3.0 X4，读写速率均可达 3000MB/s；

灵活性：支持多种存储单元（512 字节 / 4096 字节）；

支持定制化服务：包括数据传输速率优化和存储容量配置；

版本支持：支持两个版本（AXI FULL 版本 / AXI Stream 版本）；

参考设计：XCZU19EG + FMC子板(FH1402)+SAMSUNG 980 M.2 SSD。

AXI-Master-FULL 版本

AXI-Stream 版本

NVMe AXI IP 应用交互

NVMe AXI IP 通过 PCIe Bridge 实现 PCIe 协议交互，支持 AXI FULL 和 AXI Stream 两种接口模式。用户数据通过 AXI Interconnect 接入后，经过 NVMe AXI IP 的协议逻辑处理，被打包为 PCIe TLP 包并写入 NVMe SSD 存储；同样，数据从 NVMe SSD 提取后，通过协议解析和 AXI 接口传递到上层逻辑。

Example 举例

AXI-Master-FULL 版本

AXI 读写：在系统正常启动后，NVMe AXI IP 自动初始化并建立 PCIe 链路连接。初始化完成后，用户的数据流通过 AXI Interconnect IP 传送到 NVMe AXI IP 的 AXI Master FULL 接口，进行 NVMe 协议的处理。数据被打包为 TLP 层 PCIe 包，并通过 RC/RQ/CC/CQ AXI Stream 接口与 AMD UltraScale+ 设备的 PCIe 集成模块（Integrated Block for PCIExpress）连接，最终写入 NVMe SSD 存储。当需要读取数据时，NVMe AXI IP 从 NVMe SSD 通过 RC/RQ/CC/CQ AXI Stream 接口提取数据，再通过 AXI Master FULL 接口与 AXI Interconnect IP 连接，将数据传输到其他 AXI 总线接口供用户逻辑使用。

AXI-Stream 版本

AXI Stream 读写：在系统正常启动后，NVMe AXI IP 自动进行初始化并建立连接。初始化完成后，用户的数据流通过 AXI Stream 接口输入到 NVMe AXI IP，执行 NVMe 协议的交互处理。数据被打包为 TLP 层 PCIe 包，通过 RC/RQ/CC/CQ AXI Stream 接口与 AMD UltraScale+ 设备的 PCIe 集成模块连接，最终存储到 NVMe SSD。当从 NVMe SSD 读取数据时，NVMe AXI IP 使用 RC/RQ/CC/CQ AXI Stream 接口提取数据，并通过 AXI Stream 接口传输给连接的视频输出 IP，进而通过视频接口进行数据展示。

审核编辑 黄宇