SATA、mSATA 、PCIe和M.2接口

時間：2020-04-13作者：深圳道通存儲技術(shù)有限公司瀏覽：173

SATA、mSATA 、PCIe和M.2——SSD硬盤的接口

猶記得當年Windows 7系統(tǒng)體驗指數(shù)中，那5.9分磁盤分數(shù)，在其余四項的7.9分面前，似乎已經(jīng)告訴我們機械硬盤注定被時代淘汰。勢如破竹的SSD固態(tài)硬盤，徹底打破了溫徹斯特結(jié)構(gòu)的機械硬盤多年來在電腦硬件領(lǐng)域的統(tǒng)治。SSD數(shù)倍于HDD機械硬盤的傳輸性能，讓普通用戶和發(fā)燒玩家的體驗均成倍提升。

在這場存儲革命中，為了實現(xiàn)較快的速度、更多的使用環(huán)境、較好的體驗，SSD的接口也在不斷進化革新，像主流的SSD就有SATA接口、M.2接口、PCIe接口和mSATA接口等。這四種常見的接口有什么不同?又適合什么樣平臺使用呢?下面我們來一一進行講解。

SATA3.0接口：







作為目前應(yīng)用較多的硬盤接口，SATA 3.0接口較大的優(yōu)勢就是成熟。普通2.5英寸SSD以及HDD硬盤都使用這種接口，理論傳輸帶寬6Gbps，雖然比起新接口的10Gbps及32Gbps帶寬有一定的差距，但普通2.5英寸SSD可以滿足大多數(shù)用戶的日常應(yīng)用需求，500MB/s左右的讀寫速度也夠用。而對于100MB/s左右讀寫速度HDD機械硬盤上，6Gbps帶寬還遠遠談不上瓶頸，只能埋怨HDD硬盤發(fā)展太慢，存儲速度一直沒有質(zhì)變。







雖然SATA 3.0接口規(guī)格已經(jīng)推出有一段時間，但“廉頗歲老，尚善飯否”。大多數(shù)用戶對SSD性能的要求談不上較端苛刻，而且還要考慮選購時的性價比因素，因此SATA 3.0接口在很長一段時間內(nèi)都將是主流大眾的選擇。

PCIe接口：







在傳統(tǒng)SATA硬盤中，當我們進行數(shù)據(jù)操作時，數(shù)據(jù)會先從硬盤讀取到內(nèi)存，再將數(shù)據(jù)提取至CPU內(nèi)部進行計算，計算后再反饋給內(nèi)存，最后寫入至硬盤中;而PCIe接口就不一樣了，數(shù)據(jù)直接通過總線與CPU直連，省去了內(nèi)存調(diào)用硬盤的過程，傳輸效率與速度都成倍提升。簡單的說，我們可以把兩種通道理解成兩輛相同的汽車，PCIe通道的汽車就像是在高速上行駛，而SATA通道的汽車就像是在崎嶇山路上行駛。很顯然，PCIe SSD的傳輸速度會遠大于SATA SSD。







HyperX Predator PCIe SSD是眾多PCIe接口SSD中的*，它采用PCI-E 2.0x4接口，半高式設(shè)計，主控為Marvell 88SS9293，讀取速度和寫入速度分別達到了1400MB/s和1000MB/s，是HyperX**固態(tài)硬盤產(chǎn)品中速度較快的產(chǎn)品，讀寫速度也遠**SATA接口的SSD產(chǎn)品。

雖然PCIe SSD有諸多好處，但也不是每個人都適合。PCIe SSD由于閃存顆粒和主控品質(zhì)較高，總體成本也相對較高，相比傳統(tǒng)SATA接口固態(tài)硬盤的售價要貴一些。另外，由于PCIe會占用總線通道，入門以及中端平臺CPU通道數(shù)較少，也不太適合使用PCIe SSD。只有配合Z170、X99這樣**平臺，才可以完全發(fā)揮PCIe SSD的性能?？偟膩碚f，如果你是在組裝專業(yè)工作室用機，或是骨灰發(fā)燒級玩家，亦或是一個不差錢的土豪，那么HyperX Predator PCIe SSD是決對正確的選擇!

M.2接口

M.2接口，是Intel推出的一種替代mSATA新的接口規(guī)范。其實，對于桌面臺式機用戶來講，SATA接口已經(jīng)足以滿足大部分用戶的需求了，不過考慮到**較本用戶的存儲需求，Intel才急切的推出了這種新的接口標準。雖然，我們在華碩、技嘉、微星等發(fā)布的新的9系列主板上都看到了這種新的M.2接口，現(xiàn)已普及。

與mSATA相比，M.2主要有兩個方面的優(yōu)勢。**是速度方面的優(yōu)勢。M.2接口有兩種類型：Socket 2(B key——ngff)和Socket 3(M key——nvme)，其中Socket2支持SATA、PCI-E X2接口，而如果采用PCI-E ×2接口標準，較大的讀取速度可以達到700MB/s，寫入也能達到550MB/s。而其中的Socket 3可支持PCI-E ×4接口，理論帶寬可達4GB/s。

*二個是體積方面的優(yōu)勢。雖然，mSATA的固態(tài)硬盤體積已經(jīng)足夠小了，但相比M.2接口的固態(tài)硬盤，mSATA仍然沒有任何優(yōu)勢可言。M.2標準的SSD同mSATA一樣可以進行單面NAND閃存顆粒的布置，也可以進行雙面布置，其中單面布置的總厚度僅有2.75mm，而雙面布置的厚度也僅為3.85mm。而mSATA在體積上的劣勢就明顯的多，51mm×30mm的尺寸讓mSATA在面積上不占優(yōu)勢，而4.85mm的單面布置厚度跟M.2比起來也顯得厚了太多。另外，即使在大小相同的情況下，M.2也可以提供較高的存儲容量







M.2接口，較初叫做NGFF(Next Generation Form Factor)，寬度22mm，單面厚度2.75mm，雙面閃存布局也不過3.85mm厚。M.2接口產(chǎn)品有豐富的可擴展性，較長可以做到110mm，可以提高SSD容量。此外，M.2接口可以同時支持SATA及PCI-E通道，后者較容易提高帶寬，如果是采用SATA通道的M.2接口固態(tài)硬盤，則讀寫速度在550MB/s左右。







其實**介紹的HyperX Predator PCIe SSD產(chǎn)品本身擁有雙重接口，從PCIe轉(zhuǎn)接卡中取下，即可轉(zhuǎn)換為M.2接口的SSD，并且讀取速度和寫入速度同樣可以達到1400MB/s和1000MB/s。







a) 三星 850 EVO M.2 接口，SATA 總線，AHCI 協(xié)議







b) 三星 SM951 M.2 接口，PCIe 總線，AHCI 協(xié)議







c) 三星 SM951 M.2 接口，PCIe 總線，NVMe 協(xié)議







d) 采用NVMe協(xié)議的M.2接口固態(tài)硬盤三星960 PRO，這是目前世面上讀寫速度較快的一款固態(tài)硬盤，較高讀取速度可達3.5GB/s。

























NVMe的一大優(yōu)勢就是低延遲。這主要是因為流線型的存儲堆棧，NVMe*讀取寄存器就可以發(fā)出命令。AHCI的每個命令都需要讀取4個不可緩存寄存器，從而導(dǎo)致大約2.5μs的額外延遲。低延時和良好的并行性的優(yōu)勢就是可以讓SSD的隨機性能得到大幅度提升，在任何隊列深度下都能發(fā)揮出較佳的速度。

NVMe對固態(tài)硬盤的IOPS性能提升也比較大。因為在制定AHCI規(guī)范時，并行性的想法沒有完全加入到規(guī)范內(nèi)，利用NCQ功能可以對傳輸能力進行優(yōu)化，但是接口并不允許SSD真正較大限度地發(fā)揮其應(yīng)有的并行性。此外，對于移動設(shè)備用戶來言，使用NVMe存儲設(shè)備可以對電池續(xù)行起到很大幫助。NVMe加入了自動功耗狀態(tài)切換和動態(tài)能耗管理功能，設(shè)備從能耗狀態(tài)0閑置50ms后可以迅速切換到能耗狀態(tài)1，在500ms閑置后又會進入能耗較低的狀態(tài)2。雖然切換能耗狀態(tài)會產(chǎn)生短暫延遲，但閑置時這兩種狀態(tài)下的功耗可以控制在非常低的水平，因此在能耗管理上，相比起主流的SATA接口固態(tài)硬盤也擁有較大優(yōu)勢。







上面兩款都是M.2接口，如何分辨出哪個是PCI-E SSD哪個是SATA SSD?在弄清楚這個問題之前，我們先來解答幾個常見問題。

1、同是M.2接口，為什么會有PCI-E和SATA之分?

這是因為兩者所走的通道不同，M.2有兩種接口定義：Socket 2和Socket 3。Socket 2支持SATA、PCI-EX2通道的SSD，Socket 3專為高性能存儲設(shè)計，支持PCI-EX4。

2、有M.2接口的主板都能使用M.2 SSD?

非也非也，不同主板的M.2接口所支持的通道是不同的，有的僅持PCI-E通道，其規(guī)格說明里關(guān)于M.2的描述有標明。而有的則兼容SATA和PCI-E兩種通道。所以如果您想購買 M.2 SSD，先要清楚了解自己的主板上的M.2接口是支持哪種通道的。

3、什么決定M.2 SSD所走的通道?

主控決定了接入M.2接口的SSD是走PCI-E通道還是SATA通道。例如HyperX Predator SSD的主控是Marvell 88SS9293主控，這是一款PCI-E控制器，而金士頓G2系列 M.2 2280 SSD采用的是SATA控制器。

4、性能差別有多大呢?

走的通道不一樣，速度自然有差別。SATA3.0通道的理論帶寬是6Gb/s.理論極限傳輸速度600MB/s,所以跟市面所有的SATA接口SSD一樣，金士頓G2系列 M.2 2280 SSD的較高讀取速度不**過600MB/s,而主板M.2接口走PCI-E通道傳輸通道帶寬為10Gb/s。HyperX Predator SSD的連續(xù)讀寫達到1400MB/s和1000MB/s，完全**過了SATA3.0的極限傳輸速度。













mSATA 接口







早期，為了較適應(yīng)于**較本這類**薄設(shè)備的使用環(huán)境，針對便攜設(shè)備開發(fā)的mSATA(mini SATA)接口應(yīng)運而生。你可以把它看作標準SATA接口的mini版，物理接口跟mini PCIe接口一樣。

mSATA接口是SSD小型化的一個重要過程，不過mSATA依然沒有擺脫SATA接口依然是SATA通道，速度是6Gbps。諸多原因沒能讓mSATA 接口火起來，反而被較具升級潛力的M.2 SSD所取代。







在計算機發(fā)展的這60年中，從較初的打孔卡記錄到今天的高性能SSD，存儲介質(zhì)發(fā)生了翻天覆地的變化。近幾年SSD較是發(fā)展迅速，從接口形態(tài)的進化可窺探一二。目前擁有SATA、mSATA、M.2、PCIe等接口，在各種平臺設(shè)備都有所運用。








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