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(duì)機(jī)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(jìn)，SATA接口完全吃不消了。新的接口不斷被提出來(lái)，mSATA，SATA Express，M.2，U.2等等。我們一起來(lái)看看他們都是什么，各有什么優(yōu)缺點(diǎn)。
SATA
隨著PC總線串行化趨勢(shì)，硬盤總線從IDE進(jìn)步到SATA I后，歷經(jīng)SATA II和SATA III，速度穩(wěn)步提高：
看起來(lái)形式一片大好。與此同時(shí)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(lái)越廣泛的使用。巨大的需求催動(dòng)著SSD廠商不斷提高硬盤速度，終于在SATA III的時(shí)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(dá)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(guò)SATA III的6Gbps的理論帶寬。業(yè)界開(kāi)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(huì)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(guān)注到了成熟的PCIe上。 同時(shí)SATA巨大的接口也與PC小型化背道而馳：
業(yè)界開(kāi)始在不同的維度尋找替代方案。
SATA Express
SATA Express可以簡(jiǎn)寫(xiě)為SATAe，在2013年隨著SATA 3.2規(guī)范被公布。它是一個(gè)將SATA、PCI-E信號(hào)綜合在一個(gè)接口內(nèi)的規(guī)范，因此它完全兼容現(xiàn)有SATA設(shè)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(gè)PCIe的Lane，如果你看過(guò)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(lái)似乎有些令人失望，畢竟三星 950 Pro等性能怪獸早超過(guò)了2GB/s，但是在2013年這還是個(gè)不錯(cuò)的選擇。在2014年隨著Intel Z97/H97芯片組的上市，SATAe設(shè)備開(kāi)始進(jìn)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(gè)PCIe Gen2的lane，帶寬有1GB/s，作為起步產(chǎn)品，大大緩解了當(dāng)時(shí)SATA III對(duì)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(shí)支持老的SATA AHCI和新的NVMe標(biāo)準(zhǔn)，如下圖：
同時(shí)為了兼容老的SATA接口，SATAe接口經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)，可以同時(shí)支持老的SATA硬盤，我們一起來(lái)看幾個(gè)SATAe接口圖片：
（接口設(shè)計(jì)）
（背板接口）
（主板接口）
（電纜）
接口看起來(lái)很奇怪不是嗎？接口實(shí)際上它是兩個(gè)SATA數(shù)據(jù)接口+一個(gè)PCIe ×2lane組成，同時(shí)還不支持供電！
這是妥協(xié)的結(jié)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(shí)還可以選擇走老的AHCI主控（host）。PC世界的古老經(jīng)驗(yàn)告訴我們，想要一步到位進(jìn)行激烈的變革往往會(huì)被市場(chǎng)所淘汰，傳統(tǒng)和已有的投資都驅(qū)動(dòng)客戶選擇保守的方案。SATAe接口這種漸進(jìn)的策略現(xiàn)在看起來(lái)似乎是個(gè)好主意了，然而如果讀者你說(shuō)你從來(lái)沒(méi)有看到過(guò)這種硬盤，我一點(diǎn)也不驚訝。SATAe接口推廣極其緩慢，這和它的孿生兄弟M.2關(guān)系密切。
M.2
M.2，正式名字是NGFF（Next Generation Form Factor）。它設(shè)計(jì)的初衷是替代mSATA/MiniPCIe（已淘汰，這里略過(guò)）。它們有時(shí)候看起來(lái)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(shí)際上是一種SATAe的一種特殊形式，它也同時(shí)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(shí)得到支持。開(kāi)始的NGFF（想一想，這里為什么不寫(xiě)M.2?）和SATAe一樣，只占據(jù)PCIe Gen2的兩個(gè)lane，帶寬是1GB/s，在后代芯片組中擴(kuò)展為占據(jù)PCIe Gen3的4個(gè)lane，帶寬是4GB/s。Intel開(kāi)始對(duì)其的定位是面向筆記本電腦和嵌入式設(shè)備等空間狹小的設(shè)備，然而市場(chǎng)卻給出了不同的答案，M.2同時(shí)在筆記本和臺(tái)式機(jī)市場(chǎng)上受到熱捧。臺(tái)式機(jī)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(chǎng)總是正確的，是時(shí)候放棄SATAe了，當(dāng)然也不能退回去選擇SATA，于是它的繼任者U.2來(lái)了。
U.2
U.2，也叫做SFF-8639，它和M.2一樣脫離了SATAe的2個(gè)lane的限制，一開(kāi)始就是4個(gè)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(shí)U.2的設(shè)備端接口融合了SATA及SAS接口的特點(diǎn)，中間用針腳填滿了SATA接口留下的空缺，并預(yù)留了L型防呆設(shè)計(jì)，所以可以兼容SATA、SAS及SATA E規(guī)范，保證了向后兼容性?，F(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(huì)它的速度，可以用U.2轉(zhuǎn)M.2轉(zhuǎn)接板。
結(jié)語(yǔ)
1. 經(jīng)常有朋友問(wèn)我如何提高電腦的性能，其實(shí)在很多時(shí)候硬盤對(duì)整體的啟動(dòng)和響應(yīng)速度影響巨大，我的建議總是啟動(dòng)盤立刻淘汰機(jī)械硬盤（僅僅做為數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)），至少換成SATA接口的SSD，在資金還有余量的情況下還應(yīng)該選擇支持NVMe的M.2或者U.2接口硬盤。
2. M.2的SSD魚(yú)龍混雜，接口的兼容性導(dǎo)致AHCI主控和NVMe主控都有市場(chǎng)空間，主板上雖有M.2的接口但不一定支持NVMe。讀者在選購(gòu)時(shí)要仔細(xì)甄別，同時(shí)檢查SSD和主板對(duì)NVMe的支持程度。
3. 在服務(wù)器端，Intel和不少供應(yīng)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(guò)價(jià)格也是相當(dāng)“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(shí)際上PCIe Gen4將在今年年底前公布，屆時(shí)4個(gè)lane的帶寬可以達(dá)到8GB/s！而在青黃不接的時(shí)候，有廠家將SSD存儲(chǔ)作成PCIe ×16 lane的板卡，可以大大緩解帶寬緊張的問(wèn)題。
5. 下文將對(duì)比AHCI和NVMe協(xié)議棧，同時(shí)介紹開(kāi)源UEFI中相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)。
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