誰能取代SATA?四種高速存儲接口解析

2023-06-29 19:42:07

憑藉更快的數據傳輸速度、更小的空間佔用以及更遠的傳輸距離，SATA接口在幾年前成功幹掉IDE接口，成為了市面上最主流的存儲接口。但隨著技術的進步與存儲廠商的不斷發掘，SATA的潛力已經被開發殆盡，已經成為了眾所周知的「阻礙固態硬碟發展瓶頸」。

由於SATA接口利用的是主板晶片組的DMI總線，其最新版——SATA 6Gb/s接口（俗稱SATA3）的帶寬為6Gb/s、最高理論傳輸速度為600MB/s，這雖然能夠滿足機械硬碟的要求綽綽有餘，但對於追求更高速度的固態硬碟而言，顯然就不夠用了。

SATA接口已然成為「阻礙固態硬碟發展瓶頸」

既然SATA接口已然成為「阻礙固態硬碟發展瓶頸」，那麼按照事物的發展規律，要想適應存儲設備的發展，就需要一種全面優於SATA的新接口來取代它。時至今日，我們已經看到PCI-E、M.2、SATA Express以及U.2這些能夠通過PCI-E總線，讓固態硬碟獲得更充分發展空間的接口。那麼，它們中的哪一種能夠成為未來的主流呢？

帶著上面這個問題，我們先來簡單介紹一下PCI-E、M.2、SATA Express與U.2這四種能夠突破SATA3性能瓶頸的接口，增進各位對這些接口的了解。

最早突破SATA瓶頸的接口——PCI-E

在上述四種高速存儲接口之中，PCI-E是最早出現在主板上的。因為PCI-E接口不僅可以安裝固態硬碟，還能用來裝獨立顯卡，而後者顯然是這個接口最主要的用途......

圖中銀色的「長條」就是PCI-E接口（PCI-E x16），我們可以通過它接駁PCI-E固盤

PCI-E全稱為PCI Express，是Intel早在2001年就提出的「第三代I/O總線技術」，現已進化到PCI-E 3.0，擁有x1、x4、X8和x16四種模式。它可以把數據傳輸率提高到一個很高的頻率，達到PCI所不能提供的高帶寬，同時也遠高於SATA3接口。即便是PCI-E 3.0 x1接口，其傳輸速度都已接近1GB/s，已經明顯優於SATA3 600MB/s的最高理論傳輸速度。

一般情況下，我們現在能夠見到的PCI-E固態硬碟有兩種，一種採用的是PCI-E 2.0 x4，另一種是PCI-E 3.0 x4，只要這些PCI-E固態硬碟的主控夠給力，它們的讀取/寫入速度可以輕鬆突破600MB/s。因為PCI-E 2.0 x4數據傳輸率達到了16GHz/16GT/s，也就是大約2GB/s，而PCI-E 3.0 x4接口更是達到了PCI-E 2.0 x4的兩倍，已經接近4GB/s了。

由於PCI-E固態硬碟的接口均為PCI-E x4，這也就會導致這樣一個問題——想要使用PCI-E固態硬碟的玩家需要預留一條顯卡插槽，也就是說各位需要挑選至少擁有兩條PCI-E x16插槽的主板。因此使用ITX主板的玩家很難享受到PCI-E固態硬碟的更出色性能，除非捨棄掉獨立顯卡。

上圖紅框內的接口是PCI-E x1，它並不適合安裝PCI-E固態硬碟

需要各位注意的是，雖然大多數主板都提供多個「短小」的PCI-E x1接口，但它並不適合安裝PCI-E固態硬碟，這不僅是因為在PCI-E x1插槽上安裝PCI-E固態硬碟很麻煩，需要玩家把接口一側鋸開，更重要的是因為PCI-E x1接口的性能並不能滿足大多數PCI-E固態硬碟對帶寬的要求，進而影響產品自身性能的發揮。

另外，由於採用PCI-E接口的固態硬碟的性能相對SATA3固態硬碟要強大很多，所以價格相對比較昂貴。即便是240GB容量的PCI-E固態硬碟，其價格也要比同容量的SATA3固態硬碟貴上1-2倍，所以這類固態硬碟目前還只適合不差錢的發燒友選購。

至於PCI-E是不是「取代SATA，成為最主流存儲接口」這個問題的答案，那麼筆者在這裡可以告訴大家——不是。因為PCI-E接口無論是在相關存儲設備普及率還是在適用性方面與SATA相比要差太多了，更何況自PCI-E誕生已經過去15年時間，如果它真的能取代SATA，那麼它早就把這事給辦了。

追求高速存儲設備的可選方案——M.2

本文介紹的第二種超高速存儲接口——M.2（也叫NGFF）是Intel原來打算為超級本打造的，意在取代同樣受到SATA總線性能瓶頸困擾的mSATA接口，並讓超級本享受到性能更強大的固態硬碟產品同時，使產品變得更加輕薄。

上圖中紅框內的接口就是M.2，它可以支持42mm、62mm、80mm三種長度的M.2固盤

為了增加自家主板的賣點，自Intel 8系列晶片組開始，M.2接口就出現在了消費級主板上面，相應的M.2固態硬碟產品也陸續出現在了市場中。與PCI-E接口一樣，M.2也可以利用數據傳輸率遠超SATA3的PCI-E總線（PCI-E x4），在性能上實現突破。

雖然M.2的數據傳輸率遠高於SATA3，但通過了解現在市售M.2固態硬碟陣容，我們可以看到這樣一個略感失望的狀況，那就是部分M.2固盤的性能與SATA3固態硬碟相比並沒有太大優勢，甚至還不如一些高端SATA3固態硬碟。

造成「部分M.2固盤性能上不如SATA3固態硬碟」這種現狀的原因是什麼呢？那就是目前市售M.2固態硬碟有2種版本，其中一種採用的是PCI-E總線，而另一種則採用了SATA總線。因此，這些採用SATA總線的M.2固態硬碟，會和SATA3固態硬碟一樣，受到SATA接口帶寬的限制。

因此，各位在選購M.2固態硬碟時，需要仔細查看心儀產品的詳細規格，因為採用SATA總線的M.2固態硬碟與和PCI-E總線的M.2固態硬碟之間存在相當大的性能差距，以三星推出的SSD 9950 PRO為例，其讀取速度已經突破2GB/s，寫入速度也超過900MB/s，這種程度可是採用SATA總線的M.2固態硬碟無法企及的。

至於如何分辨M.2固態硬碟採用的是SATA總線還是PCI-E總線，各位除了可以去產品的詳細規格頁面中進行查詢，還可以通過產品售價與讀取/寫入速度來進行簡單判斷。因為使用PCI-E總線的M.2固態硬碟價格一般都比較昂貴，而且讀取/寫入速度會達到600MB/s甚至更高，而採用SATA總線的M.2固盤因性能上達不到這種水平，其價格自然也比較便宜，與同容量的SATA3固態硬碟相差並不大。

儘管M.2接口現在受到不少存儲設備廠商的青睞，未來將會有更多像三星SSD 950 PRO這樣的超高速M.2固態硬碟出現在市場中。但M.2卻和PCI-E一樣，並不能取代SATA，成為最主流的存儲設備接口。除去M.2主攻移動平臺這一點之外，M.2接口與SATA相比更大的主板空間佔用也是它無法取代SATA的最主要因素之一。因此，M.2隻能算是一種突破SATA接口帶寬瓶頸的可選方案。

落寞的「下一代存儲接口標準」——SATA Express

伴隨著近兩年固態硬碟產品普及程度越來越高，SATA3的帶寬瓶頸也愈發明顯，需求也變得更加迫切。為此，SATA-IO組織特別開發了一種全新的物理接口——SATA Express。這個全新的接口被寄以厚望，被稱為「下一代存儲接口標準」，在它剛剛面世時，就有不少人認為它將成功取代SATA，成為未來的主流存儲接口。

上圖中紅框內的接口就是SATA Express，看上去有點像SATA+SATA

理想很美好，現實很殘酷。自從SATA Express出現在我們面前之後，它的實際表現並沒有達到預期。直到今日，我們都沒有看到採用SATA Express的存儲設備出現在市場中，而高端主板上標配的兩個SATA Express接口也隨之成為「擺設」。

雖然SATA Express與PCI-E、M.2一樣都可利用數據傳輸率更高的PCI-E總線，但它與PCI-E、M.2不一樣的地方是——最多只能利用兩條PCI-E通道，也就是說它的最高理論數據傳輸速度大概在2GB/s，只有PCI-E 3.0 x4的一半，因此它的發展潛力就變得小很多了。

除此之外，SATA Express接口本身也相當複雜，在不同的設備上有多達五種規範，以保證它的兼容性、復用性，使SATA Express接口無論是在工業設計還是易用性方面的表現都不盡如人意。這一點與SATA Express本身並不高的發展潛力結合在一起，讓這個被寄予厚望的「下一代存儲接口標準」遭到了存儲廠商的冷遇。

消費級固態硬碟的希望之光——U.2接口

儘管SATA Express遭到冷遇。但由固態硬碟形態工作組織，推出的硬碟接口規範——U.2（原名SFF-8639，好難記）卻獲得了與SATA Express完全不同的待遇，不僅受到許多網友的關注，相應的產品也迅速來到我們面前。那麼，全新的U.2接口是不是會取代SATA，成為未來的主流呢？

固態硬碟上的U.2接口

主板上的U.2接口

為了避免SATA總線帶寬不足而影響固態硬碟的發展，全新的U.2接口與PCI-E、M.2以及SATA Express一樣都依靠帶寬更大的PCI-E總線來讓SSD的性能得到進一步發揮。與前面介紹的SATA Express有所不同，U.2可以用到4條PCI-E通道，也就是說它的最高理論數據傳輸速度，可接近4GB/s，已經達到了SATA Express的兩倍，同時意味著U.2潛力要比SATA Express更加龐大。

採用U.2接口的Intel SSD 750的性能非常強悍

我們可以通過上面這張圖了解到，U.2接口的主板空間佔用要比M.2少很多

在具備更出色數據傳輸率的同時，U.2接口與PCI-E、M.2、SATA Express相比，雖然單個U.2接口的空間佔用要比SATA多不少，但和上面這三個接口相比，U.2對主板空間的佔用要少很多，這也就意味著U.2更有可能像SATA一樣，可通過多通道多晶片並行的方式實現存儲設備性能進一步提升，進而實現「接替SATA，成為市場主流」的夢想。

當然，U.2要想實現這個夢想，自身的兼容性也要足夠出色，因為固態硬碟的更新換代速度相對比較緩慢，提供對「老」接口規範的兼容是必要的。因此，U.2不但能支持SATA Express規範，還能兼容SAS、SATA等規範，使得SATA存儲設備也可以接駁在U.2接口上使用。

現在只有Intel SSD 750這一款U.2存儲設備上市開賣

雖然U.2與與PCI-E、M.2、SATA Express相比擁有不少優勢，但由於U.2才剛剛面世不久，採用這種接口的設備並不多見。儘管現在已經有多家大廠表示很快就會推出U.2固態硬碟，表明U.2是一個很受歡迎的新接口。但是，現在只有Intel自己推出了一款相關設備——Intel SSD 750，而其他幾家的產品至少也得等到明年才會上市，也就是說我們要等到明年才會看到U.2正式踏上自己的普及之路。

至於價格會不會成為U.2普及之路中的阻礙，目前還是個未知數。因為與U.2接口相配套的存儲設備才剛剛面世不久，售價看上去有點嚇人，但這種情況實屬正常。在SSD剛剛來到我們面前的時候，不也是這個樣子麼。所以筆者相信隨著存儲行業對U.2接口的大力推廣，不管是固態硬碟還是相關主板產品一定會在未來兩到三年內降低到一個較為平價的區間內，從而在消費級市場中得到認可。

通過上面這些內容，我們可以了解到，文中四種能夠突破SATA瓶頸的接口中，最有可能接替SATA接口市場主流地位的，莫過於帶寬更大剛剛面世不久的U.2接口了。這其中點緣由簡單歸納一下大概就是這樣：理論最高數據傳輸速度可接近4GB/s、空間佔用相對較小、兼容性比較出色。

看到上述優勢，相信很多消費者都會對這個新鮮事物感興趣，那麼，我們有必要嘗鮮，等三星、HGST、OCZ等廠商推出U.2存儲設備呢？答案是：暫時不需要。而這其中的原因在前面我們已經提到過，那就是U.2固態硬碟才剛剛面世，其價格相對目前最主流的SATA3固態硬碟要貴上太多了。舉個例子，一塊Intel SSD 750 400GB的價格，足夠我們買4塊一線品牌的25GB SATA3固態硬碟了。

U.2固態硬碟雖然在性能上要比SATA3固態硬碟強大許多，但在U.2相關產品普及之前，搶鮮體驗的意義並不大，但如果你是一位追求性能且不差錢的發燒友，入手一片感受新產品的魅力也是可行的。