详谈SSD硬盘接口: SATA、mSATA 、PCIe、M.2和U.2

SSD固态硬盘，彻底打破了温彻斯特结构的机械硬盘多年来在电脑硬件领域的统治。SSD数倍于HDD机械硬盘的传输性能，让普通用户和发烧玩家的体验均成倍提升。

在这场存储革命中，为了实现更快的速度、更多的使用环境、更好的体验，SSD的接口也在不断进化革新，像主流的SSD就有SATA接口、M.2接口、U.2接口、PCIe接口和mSATA接口(目前很多SSD也在用SAS接口)等，那么，下面笔者就重点介绍下这四种常见的接口。

SATA接口

作为目前应用最多的硬盘接口，SATA 3.0接口最大的优势就是成熟。普通2.5英寸SSD以及HDD硬盘都使用这种接口，理论传输带宽6Gbps，虽然比起新接口的10Gbps及32Gbps带宽有一定的差距，但普通2.5英寸SSD可以满足大多数用户的日常应用需求，500MB/s左右的读写速度也够用。而对于100MB/s左右读写速度HDD机械硬盘上，6Gbps带宽还远远谈不上瓶颈，只能埋怨HDD硬盘发展太慢，存储速度一直没有质变。

虽然SATA 3.0接口规格已经推出有一段时间，但“廉颇岁老，尚善饭否”。大多数用户对SSD性能的要求谈不上极端苛刻，而且还要考虑选购时的性价比因素，因此SATA 3.0接口在很长一段时间内都将是主流大众的选择。

PCIe接口

在传统SATA硬盘中，当我们进行数据操作时，数据会先从硬盘读取到内存，再将数据提取至CPU内部进行计算，计算后再反馈给内存，最后写入至硬盘中；而PCIe接口就不一样了，数据直接通过总线与CPU直连，省去了内存调用硬盘的过程，传输效率与速度都成倍提升。简单的说，我们可以把两种通道理解成两辆相同的汽车，PCIe通道的汽车就像是在高速上行驶，而SATA通道的汽车就像是在崎岖山路上行驶。很显然，PCIe SSD的传输速度会远大于SATA SSD。

HyperX Predator PCIe SSD是众多PCIe接口SSD中的佼佼者，它采用PCI-E 2.0x4接口，半高式设计，主控为Marvell 88SS9293，读取速度和写入速度分别达到了1400MB/s和1000MB/s，是HyperX高端固态硬盘产品中速度最快的产品，读写速度也远超SATA接口的SSD产品。

虽然PCIe SSD有诸多好处，但也不是每个人都适合。PCIe SSD由于闪存颗粒和主控品质极高，总体成本也相对较高，相比传统SATA接口固态硬盘的售价要贵一些。另外，由于PCIe会占用总线通道，入门以及中端平台CPU通道数较少，也不太适合使用PCIe SSD。

只有配合Z170、X99这样顶级平台，才可以完全发挥PCIe SSD的性能。总的来说，如果你是在组装专业工作室用机，或是骨灰发烧级玩家，亦或是一个不差钱的土豪，那么HyperX Predator PCIe SSD是决对正确的选择！

M.2接口

M.2接口，是Intel推出的一种替代mSATA新的接口规范。其实，对于桌面台式机用户来讲，SATA接口已经足以满足大部分用户的需求了，不过考虑到超极本用户的存储需求，Intel才急切的推出了这种新的接口标准。虽然，我们在华硕、技嘉、微星等发布的新的9系列主板上都看到了这种新的M.2接口，现已普及。

与mSATA相比，M.2主要有两个方面的优势。第一是速度方面的优势。M.2接口有两种类型：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接口标准，最大的读取速度可以达到700MB/s，写入也能达到550MB/s。而其中的Socket 3可支持PCI-E ×4接口，理论带宽可达4GB/s。

第二个是体积方面的优势。虽然，mSATA的固态硬盘体积已经足够小了，但相比M.2接口的固态硬盘，mSATA仍然没有任何优势可言。M.2标准的SSD同mSATA一样可以进行单面NAND闪存颗粒的布置，也可以进行双面布置，其中单面布置的总厚度仅有2.75mm，而双面布置的厚度也仅为3.85mm。

而mSATA在体积上的劣势就明显的多，51mm *30mm的尺寸让mSATA在面积上不占优势，而4.85mm的单面布置厚度跟M.2比起来也显得厚了太多。另外，即使在大小相同的情况下，M.2也可以提供更高的存储容量

M.2接口，最初叫做NGFF（Next Generation Form Factor），宽度22mm，单面厚度2.75mm，双面闪存布局也不过3.85mm厚。M.2接口产品有丰富的可扩展性，最长可以做到110mm，可以提高SSD容量。此外，M.2接口可以同时支持SATA及PCI-E通道，后者更容易提高带宽，如果是采用SATA通道的M.2接口固态硬盘，则读写速度在550MB/s左右。

其实前面介绍的HyperX Predator PCIe SSD产品本身拥有双重接口，从PCIe转接卡中取下，即可转换为M.2接口的SSD，并且读取速度和写入速度同样可以达到1400MB/s和1000MB/s。

AHCI相关知识：

• AHCI,是在Intel的指导下,由多家公司联合研发的接口标准,它允许存储驱动程序启用高级串行ATA功能。我们在使用SATA SSD的时候,一定要在主板设置中开启AHCI模式。
• NVMe协议不同于AHCI,利用PCI-E通道的低延时以及并行性,可将性能大幅提升。如三星960EVO最高速度达到3000MB/5.
• NVMe协议的诞生就是为了从传输协议出发,进一步提升SSD的实际读写性能,提高产品传输效率。

NVMe的一大优势就是低延迟。这主要是因为流线型的存储堆栈，NVMe无需读取寄存器就可以发出命令。AHCI的每个命令都需要读取4个不可缓存寄存器，从而导致大约2.5μs的额外延迟。低延时和良好的并行性的优势就是可以让SSD的随机性能得到大幅度提升，在任何队列深度下都能发挥出极佳的速度。

NVMe对固态硬盘的IOPS性能提升也比较大。因为在制定AHCI规范时，并行性的想法没有完全加入到规范内，利用NCQ功能可以对传输能力进行优化，但是接口并不允许SSD真正最大限度地发挥其应有的并行性。

此外，对于移动设备用户来言，使用NVMe存储设备可以对电池续行起到很大帮助。NVMe加入了自动功耗状态切换和动态能耗管理功能，设备从能耗状态0闲置50ms后可以迅速切换到能耗状态1，在500ms闲置后又会进入能耗更低的状态2。虽然切换能耗状态会产生短暂延迟，但闲置时这两种状态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接口固态硬盘也拥有较大优势。

(图片来源：硬件十万个为什么)

上面两款都是M.2接口，如何分辨出哪个是PCI-E SSD哪个是SATA SSD？在弄清楚这个问题之前，我们先来解答几个常见问题。

1、同是M.2接口，为什么会有PCI-E和SATA之分？

这是因为两者所走的通道不同，M.2有两种接口定义：Socket 2和Socket 3。Socket 2支持SATA、PCI-EX2通道的SSD，Socket 3专为高性能存储设计，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，有的仅持PCI-E通道，其规格说明里关于M.2的描述有标明。而有的则兼容SATA和PCI-E两种通道。所以如果您想购买 M.2 SSD，先要清楚了解自己的主板上的M.2接口是支持哪种通道的。

3、什么决定M.2 SSD所走的通道？

主控决定了接入M.2接口的SSD是走PCI-E通道还是SATA通道。例如HyperX Predator SSD的主控是Marvell 88SS9293主控，这是一款PCI-E控制器，而金士顿G2系列 M.2 2280 SSD采用的是SATA控制器。

4、性能差别有多大呢？

走的通道不一样，速度自然有差别。SATA3.0通道的理论带宽是6Gb/s.理论极限传输速度600MB/s,所以跟市面所有的SATA接口SSD一样，金士顿G2系列 M.2 2280 SSD的最高读取速度不超过600MB/s,而主板M.2接口走PCI-E通道传输通道带宽为10Gb/s。HyperX Predator SSD的连续读写达到1400MB/s和1000MB/s，完全超过了SATA3.0的极限传输速度。

mSATA 接口

早期，为了更适应于超极本这类超薄设备的使用环境，针对便携设备开发的mSATA（mini SATA）接口应运而生。你可以把它看作标准SATA接口的mini版，物理接口跟mini PCIe接口一样。

mSATA接口是SSD小型化的一个重要过程，不过mSATA依然没有摆脱SATA接口依然是SATA通道，速度是6Gbps。诸多原因没能让mSATA 接口火起来，反而被更具升级潜力的M.2 SSD所取代。

在计算机发展的这60年中，从最初的打孔卡记录到今天的高性能SSD，存储介质发生了翻天覆地的变化。近几年SSD更是发展迅速，从接口形态的进化可窥探一二。目前拥有SATA、mSATA、M.2、PCIe等接口，在各种平台设备都有所运用。

U.2 接口

U.2原名SFF-8639，U.2接口的最大特色就是高速低延迟低功耗，支持NVMe标准协议，并且走的是PCI-E 3.0 x4通道，理论传输速度高达32Gbps，SATA只有6Gbps，比SATA快了足足5倍。

U.2也一样乘着NVMe技术的东风，从服务器、企业级硬盘开始走入消费类硬盘，但过程异常缓慢。虽然U.2比M.2更具备散热和容量的优势，也不会像PCI-E SSD一样占用主板插槽，但是普及率并不高。

U.2接口其实已经出现了很多年，但一直都只有HGST Ultrastar SN100、OCZ Z-Drive 6000等几款企业级产品。消费级市场更是Intel一家独大，最为常见的U.2 SSD就是Intel 750系列。但国产存储品牌不开始不断推出U.2 SSD，这对于U.2 SSD的普及算是个利好的消息。