通信世界网消息（CWW）时延，简单来说，就是从发出请求到收到响应所需的时间。时延是评估存储性能的重要指标，它直接影响到系统的响应时间、用户体验和整体工作效率。
例如，在数据库应用中，低时延意味着更快的查询响应，迅速得到检索结果；在金融领域，尤其在高频交易和实时数据分析方面，低时延能提供更快的数据处理能力，帮助投资者提升收益；在游戏领域，低时延不仅带来了更短的游戏加载时间，也使得角色的操作更加流畅，提升了玩家的沉浸感和互动体验。因此，存储时延指标的关键性不言而喻，低时延一直是业界追求的重要方向。
以4KB IO Write命令举例，其数据从主机写入SSD存储设备，需要在Host、SSD Controller、DDR和Nand颗粒中进行多次交互，带来处理时延的累加。
其交互接口如下：
处理步骤如下：
(1)命令准备：Host将写数据写入主机内存，并将写命令根据NVMe格式写入相应的提交队列SQ后，最后更新Doorbell门铃寄存器来通知SSD；(2)命令获取：SSD Controller感知到Doorbell变化，对提交队列进行调度后，向Host发起命令读取；(3)命令解析：SSD Controller获取到SQE(Submission Queue Entry)后，解析命令类型和数据长度；(4)地址解析：对SQE中的PRP或SGL信息，解析计算得到写数据在主机内存的地址；(5)数据获取：SSD向Host发起数据DMA读请求，在获得数据后进行合法性校验后存入内部Buffer或DDR中；(6)FTL改表：修改该笔写命令LBA对应的FTL(Flash Translation Layer)表项内容；(7)地址分配：根据当前的数据收集情况，为该笔数据分配在Nand颗粒中的物理地址；(8)数据运算：为提升数据可靠性，需要根据NAND特性对数据添加CRC，并进行加扰、ECC (Error Correcting Code)编码；(9)Nand编程：SSD Controller向Nand下发编程toggle序列；(10)状态获取：SSD Controller向Nand查询编程完成状态；(11)状态返回：在查询到编程正确完成后，向Host返回命令完成的CQE(Completion Queue Entry)及中断提示。
即使不考虑SSD Controller内部的Hardware和Firmware的多次配合操作引起的时延，其和外部组件便已需要如下交互：Host：6次PCIe接口的命令或数据传递；DDR：1次写入，1次读取；Nand：1次写入，1次状态查询和1次状态返回。
TLC Nand的典型编程时间为500μs，PCIE一次交互需要100ns~600ns，而在时延统计时，所有这些步骤均不能进pipeline操作，只能进行串行处理，所以完成全流程操作的时延在500μs以上。部署在存储系统上的各种应用，显然无法接受如此大的时延，因此需要SSD主控厂家进行优化。常规的优化方法是将CQE（完成队列条目）构造返回时间提前到在FTL改表或物理地址分配，从而节省Nand编程的等待时间，使得4K IO Write时延降低到10μs以下。
为了进一步降低时延，平头哥技术团队在软硬件分工设计、异常处理设计等方面开展一系列优化打磨，取得显著效果。具体设计方法和创新理念如下：
全面硬化以减少Firmware处理延迟
为了实现灵活性和预留协议升级，大部分存储主控厂家会采用以Firmware为主导、Hardware负责加速的策略来处理命令获取、命令解析、地址解析、数据获取、状态返回等步骤，但Firmware是串行处理的，且软硬件交互会带来额外开销。
平头哥技术团队将这些步骤全部调整交由Hardware实现，不再需要Firmware参与，但在各环节检测到异常时，依旧交由Firmware来处理，如此既有效的减少了正常场景下的软硬件交互开销，又保留了异常场景下的处理灵活性。
完备的异常处理流程确保数据100%成功写入Nand
配合CQE提前返回Host的设计理念，平头哥技术团队进一步优化异常处理流程，确保在Nand编程失败、异常下电、热插拔等各种极端场景下，均能将已接收到的数据绝对正确的写入到Nand颗粒中，有效避免出现数据丢失。
最终，镇岳510通过上述技术方案优化，实现了4us的超低4K IO Write时延，已基本接近6次PCIe链路交互的延迟，比当前业界主流SSD主控降低了30%以上。2024年9月3日，国内知名企业级PCIe SSD产品和解决方案供应商---北京忆恒创源科技股份有限公司，发布了基于平头哥镇岳510的全国产PCIe5.0企业级NVMe SSD PBlzae7 7A40系列。PBlaze7 7A40 是业界应用 3D TLC NAND的SSD产品中，首个实现稳态下 4K 随机写超过100万 IOPS 的产品，也是首个将 4K 随机写延迟压缩至5μs以内的产品 ，为国产高性能SSD产品树立了新的标杆。近日专业的第三方测评机构--PCEVA测评室发布了对该款产品的全方位专业测试数据，在QD=1的情况下，4K随机读取/写入延迟分别为55μs和5μs。
作为数据的载体，SSD的时延性能直接关乎着业务的体验。平头哥通过镇岳510在时延方面的极致表现，与合作伙伴共同为各类业务创新带来新的存储解决方案，打造智能化时代最好的存储底座。
