sata硬盘 SATA、mSATA 、PCIe和M.2——SSD硬盘的接口原来这么丰富

我还记得在当年的Windows 7系统体验指数中，5.9分的盘分，先于其他四项的7.9分，似乎告诉我们机械硬盘注定要被时代淘汰。席卷而来的SSD固态硬盘彻底打破了温彻斯特机械硬盘多年来在计算机硬件领域的统治。SSD的传输性能比HDD机械硬盘高几倍，让普通用户和发烧友的体验倍增。

在这场存储革命中，为了实现更快的速度、更多的使用环境和更好的体验，SSD接口也在不断演进和创新，如SATA接口、M.2接口、PCIe接口和mSATA接口等。这四种常用接口有什么区别？适合什么样的平台？让我们一个一个解释。

SATA3.0接口:

作为目前使用最广泛的硬盘接口，SATA 3.0接口最大的优势就是成熟。普通2.5英寸SSD和HDD硬盘都使用这个接口，理论传输带宽为6Gbps。虽然与新接口的10Gbps和32Gbps带宽有一定差距，但普通2.5英寸SSD可以满足大多数用户的日常应用需求，读写速度500MB/s左右就足够了。读写速度在100MB/s左右的HDD机械硬盘上，6Gbps的带宽远非瓶颈，只能怪HDD硬盘发展缓慢，存储速度没有质的变化。

虽然SATA 3.0接口规范推出已经有一段时间了，“廉颇老了，还是很会吃”。大部分用户对SSD性能要求并不是特别高，购买时也要考虑性价比因素，所以SATA 3.0接口将是长期以来主流人群的选择。

PCIe接口:

在传统的SATA硬盘中，我们在对数据进行操作时，会先将数据从硬盘中读取到内存中，然后提取到CPU中进行计算，再经过计算后反馈到内存中，最后写入硬盘；PCIe接口不同。数据通过总线直接连接到CPU，省去了从内存调用硬盘的过程，传输效率和速度翻倍。简单来说，我们可以把两条车道理解为两辆一模一样的车。PCIe车道的车就像在高速行驶，而SATA车道的车就像在崎岖的山路上行驶。显然，PCIe SSD的传输速度将比SATA SSD快得多。

HyperX捕食者PCIe固态硬盘是许多PCIe接口固态硬盘中最好的。采用PCI-E 2.0x4接口，半高设计。主控为Marvell 88SS9293，读写速度分别达到1400MB/s和1000MB/s。是HyperX高端固态硬盘产品中速度最快的产品，读写速度远远超过SATA接口SSD产品。

虽然PCIe SSD有很多好处，但并不适合所有人。PCIe SSD由于其高闪存粒度和主控质量而具有较高的整体成本，比传统SATA接口SSD更昂贵。此外，由于PCIe占用总线通道，入门级和中端平台CPU通道较少，PCIe SSD不适合使用。只有使用Z170、X99等顶级平台，才能充分利用PCIe SSD的性能。总的来说，如果你是组装专业的工作室机器，或者是骨灰爱好者，或者是不差钱的土豪，那么HyperX捕食者PCIe SSD绝对是正确的选择！

M.2接口

M.2接口是英特尔为取代mSATA而推出的新接口规范。其实对于桌面用户来说，SATA接口已经足够满足大部分用户的需求了。然而，考虑到超极本用户的存储需求，英特尔紧急推出了这一新的接口标准。虽然，我们在华硕、Gigabyte、MSI等新发布的9系列主板上看到过这个新的M.2接口。，现在已经很流行了。

与mSATA相比，M.2有两个优势。首先是速度优势。M.2接口有两种:Socket 2(B键——ngff)和Socket 3(M键——nvme)，其中Socket 2支持SATA和PCI-E X2接口。如果采用PCI-E ×2接口标准，最大读取速度可达700兆字节/秒，写入速度可达550兆字节/秒..Socket 3可以支持PCI-E ×4接口，理论带宽可以达到4 GB/s。

第二是体积优势。虽然mSATA SSD的体积足够小，但是mSATA仍然没有M.2接口SSD的优势。和mSATA一样，M.2标准的SSD可以配置单面NAND闪存颗粒或者双面布局，其中单面布局的总厚度只有2.75mm，双面布局的总厚度只有3.85mm..mSATA在体积上的劣势显而易见。51mm×30mm的尺寸使得mSATA在面积上不占优势，4.85mm单面布局的厚度比m.2厚很多，另外，即使在同样尺寸的情况下，M.2也能提供更高的存储容量

M.2接口，原名NGFF(下一代外形)，宽度22mm，一侧厚度2.75mm，闪存布局两侧厚度仅为3.85mm。M.2接口产品可扩展性丰富，可达110mm，可提高SSD容量。另外M.2接口可以同时支持SATA和PCI-E通道，后者更容易增加带宽。如果是带SATA通道的M.2接口固态硬盘，读写速度约为550MB/s..

实际上，上述HyperX Predator PCIe SSD产品具有双接口，从PCIe适配卡上卸下后可以转换为M.2接口的SSD，读写速度也可以达到1400MB/s和1000MB/s..

a)三星850 EVO M.2接口，SATA总线，AHCI协议

b)三星SM951 M.2接口，PCIe总线，AHCI协议

c)三星SM951 M.2接口，PCIe总线，NVMe协议

d)三星960 PRO，采用NVMe协议的M.2接口固态硬盘，是目前世界上最快的固态硬盘，最高读取速度为3.5 GB/s。

NVMe的优势之一是它的低延迟。这主要是因为精简的存储堆栈，NVMe可以在不读取寄存器的情况下发出命令。AHCI的每个命令需要读取4个不可缓存的寄存器，导致额外的延迟约为2.5 μ s，低延迟、并行性好的优点是可以大大提高SSD的随机性能，在任何队列深度都能发挥出色的速度。

NVMe对固态硬盘的IOPS性能也大大提高。由于AHCI规范中没有完全包含并行的思想，所以可以使用NCQ函数来优化传输容量，但接口不允许SSD充分发挥其并行性。此外，对于移动设备用户来说，使用NVMe存储设备可以极大地帮助电池续航力。NVMe增加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50毫秒后，可以快速切换到能耗状态1，闲置500毫秒后进入低能耗状态2..虽然切换能耗状态会导致短暂的延迟，但这两种状态下的功耗在空闲时可以控制在非常低的水平。所以相比主流SATA接口固态硬盘，在能耗管理上也有很大优势。

以上两个都是M.2接口。我们如何辨别哪个是PCI-E固态硬盘，哪个是SATA固态硬盘？在搞清楚这一点之前，让我们回答一些常见的问题。

1.两者都是M.2接口。为什么会有PCI-E和SATA？

这是因为它们经过不同的通道，M.2有两种接口定义:Socket 2和Socket 3。插槽2支持SATA和PCI-EX2通道的SSD，插槽3专为高性能存储设计，支持PCI-EX4。

2.带M.2接口的主板可以用M.2 SSD吗？

都不是，不同主板的M.2接口支持的通道是不一样的，有的只持有PCI-E通道，规范中M.2的描述中有说明。而其他的则兼容SATA和PCI-E通道。所以想买M.2 SSD，首先要清楚自己主板上的M.2接口支持哪个通道。

3.是什么决定了M.2 SSD的通道？

主控决定M.2接口连接的SSD是PCI-E通道还是SATA通道。比如HyperX捕食者SSD的主控是Marvell 88SS9293，是PCI-E控制器，而金斯敦G2系列M.2 2280 SSD使用SATA控制器。

4.性能有什么区别？

不同的路径导致不同的速度。SATA3.0通道的理论带宽为6Gb/s，理论极限传输速度为600MB/s，所以和市面上所有SATA接口SSD一样，Kingston G2系列M.2 2280 SSD的最大读取速度不超过600MB/s，而主板M.2接口通过PCI-E通道的传输通道带宽为100 GB/s，HyperX Predator SSD的连续读写达到1400MB/s和1000MB/s，完全超过了的极限传输速度