NVMe

2025-04-10

本節詳細說明Microsoft內建 NVMe 驅動程式（StorNVMe）如何管理電源，以及可用的設定選項。 NVMe 規格可讓 NVMe 裝置報告最多 32 個電源狀態。每個電源狀態都有下列參數：

最大耗電量（MP）
運作中或非運作中
進入延遲（ENLAT）
離開延遲（EXLAT）
相對效能值（相對於其他電源狀態）

StorNVMe 會將作電源狀態（裝置可以處理這些狀態中的 IO）對應到邏輯效能狀態（也就是 P-States）。同樣地，驅動程式會將非作電源狀態（裝置未處理這些狀態中的IO）對應至邏輯閑置電源狀態（也就是 F 狀態）。使用 StorNVMe 時，轉換至這些狀態在很大程度上取決於整體系統電源狀態。 NVMe 規格會定義自主電源狀態轉換（APST）功能。針對新式待命支援，StorNVMe 不支援已啟用APST的裝置。

執行時裝置電源管理

StorNVMe 可能會選擇在經過一定數量的閑置時間之後，將裝置轉換為 F 狀態。根據 3 個因素選擇 F 狀態：

延遲容錯，這是裝置在需要時可以回應的速度。針對 F1，TransitionLatency （ENLAT + EXLAT）不應大於主要轉換延遲容錯。對於 F2 和其他更深層的 F 狀態（如果有的話），其 TransitionLatency 不應該大於次要轉換延遲容錯。否則，裝置可能無法轉換到這些 F 狀態，而新式待命轉換可能會受到影響（例如，引進長時間延遲進入 DRIPS）。
閒置時間到期。這是裝置完成上次 IO 作業的時間量。
系統電源狀態。如果系統正在使用中，StorNVMe 會偏好回應性。這表示將使用不同的延遲容忍度和逾時設定。

下表顯示 StorNVMe 所使用的預設閒置逾時和延遲容錯。如需如何變更這些設定，請參閱 Power Configuration Settings 一節。

ACPI 系統電源狀態	主要閒置時間逾時	主要過渡延遲容忍度	次要閑置逾時	次要轉換延遲容忍度
S0 （工作） - 效能方案	200 毫秒	0 毫秒（AC） / 10 毫秒（DC）	2000 毫秒	0ms
S0 （工作） - 平衡計劃	200 毫秒（AC） / 100 毫秒（DC）	15 毫秒（AC） / 50 毫秒（DC）	2000 毫秒（AC） / 1000 毫秒（DC）	100 毫秒
S0 （工作） - 省電方案	100 毫秒	100 毫秒（AC） / 200 毫秒（DC）	1000 毫秒	200 毫秒
S0 低功率閒置（新式待命）	50 毫秒	500 毫秒	N/A	N/A

閑置超時時間過期後，驅動程式會遍歷其內部的電源狀態表，並選取 ENLAT+EXLAT 小於或等於當前的轉換延遲容忍度的最深層電源狀態。

例如，假設 NVMe 裝置具有下列電源模式，而且發生閒置超時：

電源狀態	項目延遲（ENLAT）	結束延遲（EXLAT）
PS0	5us	5us
PS1	10 毫秒	300us
PS2	50 毫秒	10 毫秒

當系統使用直流電源且不在現代待命模式時，StorNVMe 會選擇 PS1，因為這是最深層的電源狀態，其中（ENLAT+EXLAT） <= 50 毫秒。同樣地，當系統進入新式待命時，StorNVMe 會接著選擇 PS2，因為它是最深層電源狀態，其中（ENLAT+EXLAT） <= 500 毫秒。

新式待命和 DRIPS

為了完全支援新式待命，StorNVMe 會根據硬體平臺所提供的提示，將裝置轉換為適當的低功率狀態。閒置狀態會在比 F0 更深的 F 狀態與 D3 冷之間變化。某些平台在現代待命模式下需要 D3 冷。這取決於 SoC，因此請洽詢您的矽廠商以取得詳細資訊。您可以在新式待命系統上啟用存儲設備的 D3 支援，如這裡所述。

裝置應支援 RTD3 並具備短暫的恢復延遲，以協助新式待命系統符合 1 秒的系統恢復延遲要求。 RTD3 回復延遲（RTD3R）指的是從 D3cold 的回復延遲，建議報告的值應為非零且 ≤ 100 毫秒。 NVMe 規格的 8.4.4 節中描述 RTD3R。

電源組態設定

Windows 10 支援下列 NVMe 電源設定，以微調能源效率。

主要 NVMe 閒置逾時

下列電源組態設定可讓您變更 StorNVMe 所使用的主要裝置閒置逾時。

Power Setting GUID: d639518a-e56d-4345-8af2-b9f32fb26109  (Primary NVMe Idle Timeout)
      Minimum Possible Setting: 0x00000000
      Maximum Possible Setting: 0x0000ea60
      Possible Settings increment: 0x00000001
      Possible Settings units: milliseconds

下列電源組態設定可讓您變更 StorNVMe 在計算閑置狀態時所使用的主要轉換延遲容錯值。當閒置逾時到期時，此值將與 ENLAT 和 EXLAT 值的總和進行比較。 這個值越高，就越有可能選擇更深層次的權力狀態。

Power Setting GUID: fc95af4d-40e7-4b6d-835a-56d131dbc80e  (Primary NVMe Power State Transition Latency Tolerance)
      Minimum Possible Setting: 0x00000000
      Maximum Possible Setting: 0x0000ea60
      Possible Settings increment: 0x00000001
      Possible Settings units: milliseconds

次要 NVMe閒置超時

下列電源組態設定可讓您變更 StorNVMe 所使用的次要裝置閒置逾時。

Power Setting GUID: d3d55efd-c1ff-424e-9dc3-441be7833010  (Secondary NVMe Idle Timeout)
      Minimum Possible Setting: 0x00000000
      Maximum Possible Setting: 0x0000ea60
      Possible Settings increment: 0x00000001
      Possible Settings units: milliseconds

下列電源組態設定可讓您變更 StorNVMe 在計算閑置狀態時所使用的次要轉換延遲容錯值。在閒置逾時到期時，這個值會與 ENLAT 和 EXLAT 的值總和進行比較。 這個值越高，就越有可能選擇更深層次的權力狀態。

Power Setting GUID: dbc9e238-6de9-49e3-92cd-8c2b4946b472  (Secondary NVMe Power State Transition Latency Tolerance)
      Minimum Possible Setting: 0x00000000
      Maximum Possible Setting: 0x0000ea60
      Possible Settings increment: 0x00000001
      Possible Settings units: milliseconds

若要變更指定電源設定的值，請使用：

powercfg [-setacvalueindex | -setdcvalueindex] <scheme> sub_disk <Power Setting GUID> <milliseconds>

別忘了使用以下方法套用該值：powercfg –setactive <scheme>

PCIe ASPM 和 L1 子狀態

視您的平臺而定，您可能會發現 NVMe 裝置能夠在 DC 電源而非 AC 電源時進入 L1 子狀態。在此情況下，您可能需要更改PCIe ASPM電源配置設定，使其在使用AC電源時（以及DC電源時）達到最大節能效果。

Power Setting GUID: ee12f906-d277-404b-b6da-e5fa1a576df5  (Link State Power Management)
      GUID Alias: ASPM
      Possible Setting Index: 000
      Possible Setting Friendly Name: Off
      Possible Setting Index: 001
      Possible Setting Friendly Name: Moderate power savings
      Possible Setting Index: 002
      Possible Setting Friendly Name: Maximum power savings

若要變更值，請使用：

powercfg -setacvalueindex <scheme> sub_pciexpress aspm <value>

以索引002獲得最大節能效果。別忘了使用以下方法來套用值：powercfg –setactive <scheme>

主動電源管理

主動電源管理涉及“P-States”（也就是效能或“perf”狀態），主要用於熱控制。 StorNVMe 會使用針對每個作電源狀態報告的最大電源值，將裝置的作電源狀態對應至邏輯 P 狀態。當裝置處於作用中狀態（亦即具有出色的 IO）時，StorNVMe 會透過 P 狀態轉換，將裝置轉換為其中一個運作電源狀態。

在 Windows 10 開發期間，有一組有限的 NVMe 裝置實作了多個操作電源狀態。根據我們的功率和效能測量結果，我們沒有發現除了最高運行功率狀態以外的其他狀態有顯著的好處。因此，使用預設組態時，您只會看到使用的最高作業電源狀態。

選擇的作業電源狀態取決於目前的「最大作能力」提示。此提示可以有 3 個不同的來源：

Windows 熱架構的被動冷卻回調。
最大電源等級電源組態設定值的變更。（這可以由系統電源配置或 AC/DC 電源的變更觸發。
IOCTL_STORAGE_DEVICE_POWER_CAP要求。這些來源的最低最大值是有效的最大運算功率值。以下將討論每個來源的機制。

一般而言，StorNVMe 會選擇小於或等於有效最大作電源值的最高作電源狀態。

例如，假設 NVMe 裝置具有下列電源狀態：

電源狀態	麥克斯·鮑爾	運作中？
PS0	9W	是的
PlayStation 1	6W	是的
PS2	4W	是的

這些來源的最低最大值是有效的最大運算功率值。以下將討論每個來源的機制。

一般而言，StorNVMe 會選擇小於或等於有效最大作電源值的最高作電源狀態。

根據預設，沒有最大電源等級，因此 StorNVMe 一律會選擇 PS0。這相當於 100%。

如果 Windows Thermal Framework 以值 50% 呼叫被動冷卻回呼，則這會導致絕對功率值為 (50% * (9W - 4W)) + 4W = 6W。 StorNVMe 接著會確保當裝置處於使用中狀態時，它一律會處於 PS1 中，因為該狀態的 [最大電源] 值為 6W。

然後，某些使用者模式程式會將IOCTL_STORAGE_DEVICE_POWER_CAP要求傳送至值為 5W 的磁碟。 StorNVMe 現在會選擇 PS2，因為它是最高運作電源狀態，其最大電源值（4W）小於 5W 的最大作電源需求。

如果指定的最大作電源需求小於最低作電源狀態的 [最大電源] 值，則預期只是選擇最低的作電源狀態。在我們的範例中，如果指定的最大運作電源需求是 3W，那麼 StorNVMe 會選擇 PS2，因為在運作電源狀態中沒有一個具有最大電源為 3W 或更低的選項。

如果稍後最大作電源需求變更為 9W，則 StorNVMe 會在裝置使用中時返回選擇 PS0。

例如，假設 NVMe 裝置具有下列電源狀態：

Windows 熱架構被動冷卻回調

StorNVMe （透過 Storport）向 Windows 熱架構註冊熱冷卻介面，讓系統能夠透過該架構節流 NVMe 裝置。本文件不涵蓋此方面的具體細節，但一般而言，平台會透過 ACPI 指定熱區和閾值，然後 Windows 熱管理框架會透過回呼函數來限制裝置運行，調整至裝置驅動程式。

最大運作功率層級電源配置設定

下列電源組態設定可用來變更不同系統電源配置和 AC/DC 電源的最大作電源等級。

Power Setting GUID: 51dea550-bb38-4bc4-991b-eacf37be5ec8  (Maximum Power Level)
      GUID Alias: DISKMAXPOWER
      Minimum Possible Setting: 0x00000000
      Maximum Possible Setting: 0x00000064
      Possible Settings increment: 0x00000001
      Possible Settings units: %

若要變更指定電源設定的值，請使用：

powercfg [-setacvalueindex | -setdcvalueindex] <scheme> sub_disk 51dea550-bb38-4bc4-991b-eacf37be5ec8 <value>

別忘了透過 powercfg –setactive <scheme> 來套用值。

IOCTL_STORAGE_DEVICE_POWER_CAP

此 IOCTL 可以傳送至儲存設備，以變更最大工作電源等級。如需詳細資訊，請參閱有關輸入/輸出緩衝區的文件，STORAGE_DEVICE_POWER_CAP。

關機/休眠

當系統關閉或休眠時，StorNVMe 會將裝置的 [關機通知][CC.SHN] 字段設定為 1。 StorNVMe 接著會等候裝置回報的 RTD3 進入延遲，以便裝置藉由將關機狀態（CSTS.SHST）欄位更新為 2 來指示已就緒。如果未報告任何項目延遲值，則 StorNVMe 會使用預設值 5 秒。在此情況下，如果裝置所花費的時間超過5秒，則系統會繼續進行關機或休眠程式，而不需進一步檢查NVMe裝置。 OEM 應該只使用能報告 RTD3 進入和結束值的新式待機系統裝置。

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