谁能取代SATA?四种高速存储接口解析

       凭借更快的数据传输速度、更小的空间占用以及更远的传输距离,SATA接口在几年前成功干掉IDE接口,成为了市面上最主流的存储接口。但随着技术的进步与存储厂商的不断发掘,SATA的潜力已经被开发殆尽,已经成为了众所周知的“阻碍固态硬盘发展瓶颈”。 

由于SATA接口利用的是主板芯片组的DMI总线,其最新版——SATA 6Gb/s接口(俗称SATA3)的带宽为6Gb/s、最高理论传输速度为600MB/s,这虽然能够满足机械硬盘的要求绰绰有余,但对于追求更高速度的固态硬盘而言,显然就不够用了。

SATA接口已然成为“阻碍固态硬盘发展瓶颈

既然SATA接口已然成为“阻碍固态硬盘发展瓶颈”,那么按照事物的发展规律,要想适应存储设备的发展,就需要一种全面优于SATA的新接口来取代它。时至今日,我们已经看到PCI-E、M.2、SATA Express以及U.2这些能够通过PCI-E总线,让固态硬盘获得更充分发展空间的接口。那么,它们中的哪一种能够成为未来的主流呢?

带着上面这个问题,我们先来简单介绍一下PCI-E、M.2、SATA Express与U.2这四种能够突破SATA3性能瓶颈的接口,增进各位对这些接口的了解。

最早突破SATA瓶颈的接口——PCI-E

在上述四种高速存储接口之中,PCI-E是最早出现在主板上的。因为PCI-E接口不仅可以安装固态硬盘,还能用来装独立显卡,而后者显然是这个接口最主要的用途……

图中银色的“长条”就是PCI-E接口(PCI-E x16),我们可以通过它接驳PCI-E固盘

PCI-E全称为PCI Express,是Intel早在2001年就提出的“第三代I/O总线技术”,现已进化到PCI-E 3.0,拥有x1、x4、X8和x16四种模式。它可以把数据传输率提高到一个很高的频率,达到PCI所不能提供的高带宽,同时也远高于SATA3接口。即便是PCI-E 3.0 x1接口,其传输速度都已接近1GB/s,已经明显优于SATA3 600MB/s的最高理论传输速度。

      一般情况下,我们现在能够见到的PCI-E固态硬盘有两种,一种采用的是PCI-E 2.0 x4,另一种是PCI-E 3.0 x4,只要这些PCI-E固态硬盘的主控够给力,它们的读取/写入速度可以轻松突破600MB/s。因为PCI-E 2.0 x4数据传输率达到了16GHz/16GT/s,也就是大约2GB/s,而PCI-E 3.0 x4接口更是达到了PCI-E 2.0 x4的两倍,已经接近4GB/s了。

由于PCI-E固态硬盘的接口均为PCI-E x4,这也就会导致这样一个问题——想要使用PCI-E固态硬盘的玩家需要预留一条显卡插槽,也就是说各位需要挑选至少拥有两条PCI-E x16插槽的主板。因此使用ITX主板的玩家很难享受到PCI-E固态硬盘的更出色性能,除非舍弃掉独立显卡。

上图红框内的接口是PCI-E x1,它并不适合安装PCI-E固态硬盘

需要各位注意的是,虽然大多数主板都提供多个“短小”的PCI-E x1接口,但它并不适合安装PCI-E固态硬盘,这不仅是因为在PCI-E x1插槽上安装PCI-E固态硬盘很麻烦,需要玩家把接口一侧锯开,更重要的是因为PCI-E x1接口的性能并不能满足大多数PCI-E固态硬盘对带宽的要求,进而影响产品自身性能的发挥。

另外,由于采用PCI-E接口的固态硬盘的性能相对SATA3固态硬盘要强大很多,所以价格相对比较昂贵。即便是240GB容量的PCI-E固态硬盘,其价格也要比同容量的SATA3固态硬盘贵上1-2倍,所以这类固态硬盘目前还只适合不差钱的发烧友选购。 至于PCI-E是不是“取代SATA,成为最主流存储接口”这个问题的答案,那么笔者在这里可以告诉大家——不是。因为PCI-E接口无论是在相关存储设备普及率还是在适用性方面与SATA相比要差太多了,更何况自PCI-E诞生已经过去15年时间,如果它真的能取代SATA,那么它早就把这事给办了。

追求高速存储设备的可选方案——M.2

本文介绍的第二种超高速存储接口——M.2(也叫NGFF)是Intel原来打算为超级本打造的,意在取代同样受到SATA总线性能瓶颈困扰的mSATA接口,并让超级本享受到性能更强大的固态硬盘产品同时,使产品变得更加轻薄。

上图中红框内的接口就是M.2,它可以支持42mm、62mm、80mm三种长度的M.2固盘

为了增加自家主板的卖点,自Intel 8系列芯片组开始,M.2接口就出现在了消费级主板上面,相应的M.2固态硬盘产品也陆续出现在了市场中。与PCI-E接口一样,M.2也可以利用数据传输率远超SATA3的PCI-E总线(PCI-E x4),在性能上实现突破。

    虽然M.2的数据传输率远高于SATA3,但通过了解现在市售M.2固态硬盘阵容,我们可以看到这样一个略感失望的状况,那就是部分M.2固盘的性能与SATA3固态硬盘相比并没有太大优势,甚至还不如一些高端SATA3固态硬盘。

造成“部分M.2固盘性能上不如SATA3固态硬盘”这种现状的原因是什么呢?那就是目前市售M.2固态硬盘有2种版本,其中一种采用的是PCI-E总线,而另一种则采用了SATA总线。因此,这些采用SATA总线的M.2固态硬盘,会和SATA3固态硬盘一样,受到SATA接口带宽的限制。

因此,各位在选购M.2固态硬盘时,需要仔细查看心仪产品的详细规格,因为采用SATA总线的M.2固态硬盘与和PCI-E总线的M.2固态硬盘之间存在相当大的性能差距,以三星推出的SSD 9950 PRO为例,其读取速度已经突破2GB/s,写入速度也超过900MB/s,这种程度可是采用SATA总线的M.2固态硬盘无法企及的。

至于如何分辨M.2固态硬盘采用的是SATA总线还是PCI-E总线,各位除了可以去产品的详细规格页面中进行查询,还可以通过产品售价与读取/写入速度来进行简单判断。因为使用PCI-E总线的M.2固态硬盘价格一般都比较昂贵,而且读取/写入速度会达到600MB/s甚至更高,而采用SATA总线的M.2固盘因性能上达不到这种水平,其价格自然也比较便宜,与同容量的SATA3固态硬盘相差并不大。

尽管M.2接口现在受到不少存储设备厂商的青睐,未来将会有更多像三星SSD 950 PRO这样的超高速M.2固态硬盘出现在市场中。但M.2却和PCI-E一样,并不能取代SATA,成为最主流的存储设备接口。除去M.2主攻移动平台这一点之外,M.2接口与SATA相比更大的主板空间占用也是它无法取代SATA的最主要因素之一。因此,M.2只能算是一种突破SATA接口带宽瓶颈的可选方案。

落寞的“下一代存储接口标准”——SATA Express

伴随着近两年固态硬盘产品普及程度越来越高,SATA3的带宽瓶颈也愈发明显,需求也变得更加迫切。为此,SATA-IO组织特别开发了一种全新的物理接口——SATA Express。这个全新的接口被寄以厚望,被称为“下一代存储接口标准”,在它刚刚面世时,就有不少人认为它将成功取代SATA,成为未来的主流存储接口。

上图中红框内的接口就是SATA Express,看上去有点像SATA+SATA

    理想很美好,现实很残酷。自从SATA Express出现在我们面前之后,它的实际表现并没有达到预期。直到今日,我们都没有看到采用SATA Express的存储设备出现在市场中,而高端主板上标配的两个SATA Express接口也随之成为“摆设”。

    虽然SATA Express与PCI-E、M.2一样都可利用数据传输率更高的PCI-E总线,但它与PCI-E、M.2不一样的地方是——最多只能利用两条PCI-E通道,也就是说它的最高理论数据传输速度大概在2GB/s,只有PCI-E 3.0 x4的一半,因此它的发展潜力就变得小很多了。

除此之外,SATA Express接口本身也相当复杂,在不同的设备上有多达五种规范,以保证它的兼容性、复用性,使SATA Express接口无论是在工业设计还是易用性方面的表现都不尽如人意。这一点与SATA Express本身并不高的发展潜力结合在一起,让这个被寄予厚望的“下一代存储接口标准”遭到了存储厂商的冷遇。

消费级固态硬盘的希望之光——U.2接口

尽管SATA Express遭到冷遇。但由固态硬盘形态工作组织,推出的硬盘接口规范——U.2(原名SFF-8639,好难记)却获得了与SATA Express完全不同的待遇,不仅受到许多网友的关注,相应的产品也迅速来到我们面前。那么,全新的U.2接口是不是会取代SATA,成为未来的主流呢?

固态硬盘上的U.2接口

主板上的U.2接口

 为了避免SATA总线带宽不足而影响固态硬盘的发展,全新的U.2接口与PCI-E、M.2以及SATA Express一样都依靠带宽更大的PCI-E总线来让SSD的性能得到进一步发挥。与前面介绍的SATA Express有所不同,U.2可以用到4条PCI-E通道,也就是说它的最高理论数据传输速度,可接近4GB/s,已经达到了SATA Express的两倍,同时意味着U.2潜力要比SATA Express更加庞大。

采用U.2接口的Intel SSD 750的性能非常强悍

我们可以通过上面这张图了解到,U.2接口的主板空间占用要比M.2少很多

在具备更出色数据传输率的同时,U.2接口与PCI-E、M.2、SATA Express相比,虽然单个U.2接口的空间占用要比SATA多不少,但和上面这三个接口相比,U.2对主板空间的占用要少很多,这也就意味着U.2更有可能像SATA一样,可通过多通道多芯片并行的方式实现存储设备性能进一步提升,进而实现“接替SATA,成为市场主流”的梦想。

当然,U.2要想实现这个梦想,自身的兼容性也要足够出色,因为固态硬盘的更新换代速度相对比较缓慢,提供对“老”接口规范的兼容是必要的。因此,U.2不但能支持SATA Express规范,还能兼容SAS、SATA等规范,使得SATA存储设备也可以接驳在U.2接口上使用。

现在只有Intel SSD 750这一款U.2存储设备上市开卖

虽然U.2与与PCI-E、M.2、SATA Express相比拥有不少优势,但由于U.2才刚刚面世不久,采用这种接口的设备并不多见。尽管现在已经有多家大厂表示很快就会推出U.2固态硬盘,表明U.2是一个很受欢迎的新接口。但是,现在只有Intel自己推出了一款相关设备——Intel SSD 750,而其他几家的产品至少也得等到明年才会上市,也就是说我们要等到明年才会看到U.2正式踏上自己的普及之路。

通过上面这些内容,我们可以了解到,文中四种能够突破SATA瓶颈的接口中,最有可能接替SATA接口市场主流地位的,莫过于带宽更大刚刚面世不久的U.2接口了。这其中点缘由简单归纳一下大概就是这样:理论最高数据传输速度可接近4GB/s、空间占用相对较小、兼容性比较出色。

看到上述优势,相信很多消费者都会对这个新鲜事物感兴趣,那么,我们有必要尝鲜,等三星、HGST、OCZ等厂商推出U.2存储设备呢?答案是:暂时不需要。而这其中的原因在前面我们已经提到过,那就是U.2固态硬盘才刚刚面世,其价格相对目前最主流的SATA3固态硬盘要贵上太多了。举个例子,一块Intel SSD 750 400GB的价格,足够我们买4块一线品牌的25GB SATA3固态硬盘了。

U.2固态硬盘虽然在性能上要比SATA3固态硬盘强大许多,但在U.2相关产品普及之前,抢鲜体验的意义并不大,但如果你是一位追求性能且不差钱的发烧友,入手一片感受新产品的魅力也是可行的。

至于PCI-E、M.2(支持PCI-E的)固态硬盘虽然也能够提供比SATA3固态硬盘更强的性能,但它们和U.2固态硬盘一样也不太适合大多数消费者入手。其中的原因同样是基于它们在价格上要比同容量SATA3固态硬盘贵上不少。

所以说,针对广大玩家在选购固态硬盘时,我们建议大家尽量还是选择最主流的SATA3固态硬盘。这可不光是因为它们相对更便易,性能也还可以满足绝大多数消费者的需求,更何况掏腰包购买速度更快、性能更强的固态硬盘可是要花掉更多我们/父母辛辛苦苦工作挣来的血汗钱。

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