取代IDE并行接口之后，SATA串行接口就一直在不緊不慢地提速，1.5Gbps、3Gbps、6Gbps……面對機械硬盤，這一切都綽綽有余，但是這幾年固態(tài)硬盤突飛猛進，SATA接口完全吃不消了。新的接口不斷被提出來，mSATA，SATA Express，M.2，U.2等等。我們一起來看看他們都是什么，各有什么優(yōu)缺點。
SATA
隨著PC總線串行化趨勢，硬盤總線從IDE進步到SATA I后，歷經(jīng)SATA II和SATA III，速度穩(wěn)步提高：
看起來形式一片大好。與此同時引入了NAND Flash的SSD硬盤以其高速穩(wěn)定的特性，慢慢得到了越來越廣泛的使用。巨大的需求催動著SSD廠商不斷提高硬盤速度，終于在SATA III的時候SATA的帶寬已經(jīng)成為制約數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i。例如NAND ONFI （Open NAND Flash Interface Working Group） 3.0 的單通道接口速度達到400MB/s，而高端主控可以做到8通道，400 × 8 = 3.2GB/s（僅僅是理論帶寬），大大超過SATA III的6Gbps的理論帶寬。業(yè)界開始企圖借鑒SAS 12Gbps，然而由于種種原因，在這條路徑遇到了巨大的阻力，加上即使成功也會立刻面臨帶寬不足的窘境，不得不另做他圖。SATA IO組織將目光關注到了成熟的PCIe上。 同時SATA巨大的接口也與PC小型化背道而馳：
業(yè)界開始在不同的維度尋找替代方案。
SATA Express
SATA Express可以簡寫為SATAe，在2013年隨著SATA 3.2規(guī)范被公布。它是一個將SATA、PCI-E信號綜合在一個接口內(nèi)的規(guī)范，因此它完全兼容現(xiàn)有SATA設備、數(shù)據(jù)線，唯一的不同就是它可以連接PCIe固態(tài)硬盤。SATAe可以使用兩個PCIe的Lane，如果你看過我們前面的文章，你就知道它在Gen3的情況下理論帶寬是2GB/s。這在現(xiàn)在看起來似乎有些令人失望，畢竟三星 950 Pro等性能怪獸早超過了2GB/s，但是在2013年這還是個不錯的選擇。在2014年隨著Intel Z97/H97芯片組的上市，SATAe設備開始進入了普通用戶的視野。在Z97芯片組中，SATAe控制器占據(jù)PCH的兩個PCIe Gen2的lane，帶寬有1GB/s，作為起步產(chǎn)品，大大緩解了當時SATA III對SSD硬盤速度的限制，并為以后留下了足夠的發(fā)展空間。
為了保證與SATA的兼容，SATAe同時支持老的SATA AHCI和新的NVMe標準，如下圖：
同時為了兼容老的SATA接口，SATAe接口經(jīng)過特殊設計，可以同時支持老的SATA硬盤，我們一起來看幾個SATAe接口圖片：
（接口設計）
（背板接口）
（主板接口）
（電纜）
接口看起來很奇怪不是嗎？接口實際上它是兩個SATA數(shù)據(jù)接口+一個PCIe ×2lane組成，同時還不支持供電！
這是妥協(xié)的結果，這樣老的SATA硬盤可以繼續(xù)發(fā)揮余熱，新的SATAe硬盤在不支持NVMe時還可以選擇走老的AHCI主控（host）。PC世界的古老經(jīng)驗告訴我們，想要一步到位進行激烈的變革往往會被市場所淘汰，傳統(tǒng)和已有的投資都驅動客戶選擇保守的方案。SATAe接口這種漸進的策略現(xiàn)在看起來似乎是個好主意了，然而如果讀者你說你從來沒有看到過這種硬盤，我一點也不驚訝。SATAe接口推廣極其緩慢，這和它的孿生兄弟M.2關系密切。
M.2
M.2，正式名字是NGFF（Next Generation Form Factor）。它設計的初衷是替代mSATA/MiniPCIe（已淘汰，這里略過）。它們有時候看起來很像，我們把它們放到一起比較一下：
注意金手指大小和寬度。M.2實際上是一種SATAe的一種特殊形式，它也同時支持AHCI和NVMe兩種協(xié)議棧，并和SATAe一起在Z97/H97芯片組上市時得到支持。開始的NGFF（想一想，這里為什么不寫M.2?）和SATAe一樣，只占據(jù)PCIe Gen2的兩個lane，帶寬是1GB/s，在后代芯片組中擴展為占據(jù)PCIe Gen3的4個lane，帶寬是4GB/s。Intel開始對其的定位是面向筆記本電腦和嵌入式設備等空間狹小的設備，然而市場卻給出了不同的答案，M.2同時在筆記本和臺式機市場上受到熱捧。臺式機上不是SATAe一統(tǒng)江湖，而是很多采用SATA+M.2的奇怪搭配。
市場總是正確的，是時候放棄SATAe了，當然也不能退回去選擇SATA，于是它的繼任者U.2來了。
U.2
U.2，也叫做SFF-8639，它和M.2一樣脫離了SATAe的2個lane的限制，一開始就是4個lane，也是4GB/s。它和M.2很大的不同就是脫離了M.2小身板的限制，可以做出容量更大的SSD硬盤：
于此同時U.2的設備端接口融合了SATA及SAS接口的特點，中間用針腳填滿了SATA接口留下的空缺，并預留了L型防呆設計，所以可以兼容SATA、SAS及SATA E規(guī)范，保證了向后兼容性。現(xiàn)在唯一缺憾是市面上支持它的主板很少，如果讀者想要體會它的速度，可以用U.2轉M.2轉接板。
結語
1. 經(jīng)常有朋友問我如何提高電腦的性能，其實在很多時候硬盤對整體的啟動和響應速度影響巨大，我的建議總是啟動盤立刻淘汰機械硬盤（僅僅做為數(shù)據(jù)倉庫），至少換成SATA接口的SSD，在資金還有余量的情況下還應該選擇支持NVMe的M.2或者U.2接口硬盤。
2. M.2的SSD魚龍混雜，接口的兼容性導致AHCI主控和NVMe主控都有市場空間，主板上雖有M.2的接口但不一定支持NVMe。讀者在選購時要仔細甄別，同時檢查SSD和主板對NVMe的支持程度。
3. 在服務器端，Intel和不少供應商推出大容量PCIe板卡形式的SSD，如750系列，使用NVMe主控，容量將近1.5TB，不過價格也是相當“喜人”。
4. 如前文所述（傳送門），三星950 pro和Intel的傲騰讀取速度已經(jīng)接近M.2的理論帶寬4GB/s情況下，硬盤接口向何處去呢？實際上PCIe Gen4將在今年年底前公布，屆時4個lane的帶寬可以達到8GB/s！而在青黃不接的時候，有廠家將SSD存儲作成PCIe ×16 lane的板卡，可以大大緩解帶寬緊張的問題。
5. 下文將對比AHCI和NVMe協(xié)議棧，同時介紹開源UEFI中相應的驅動。
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