固态硬盘接口详解:SATA、mSATA、M.2、M.2(NVMe)、PCIE

固态驱动器(Solid State Drive),俗称固态硬盘,固态硬盘是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘,因为台湾英语里把固体电容称之为Solid而得名。SSD由控制单元和存储单元(FLASH芯片、DRAM芯片)组成。固态硬盘在接口的规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的完全相同,在产品外形和尺寸上也完全与普通硬盘一致。被广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空、导航设备等诸多领域。

其芯片的工作温度范围很宽,商规产品(0~70℃)工规产品(-40~85℃)。虽然成本较高,但也正在逐渐普及到DIY市场。由于固态硬盘技术与传统硬盘技术不同,所以产生了不少新兴的存储器厂商。厂商只需购买NAND存储器,再配合适当的控制芯片,就可以制造固态硬盘了。新一代的固态硬盘普遍采用SATA-2接口、SATA-3接口、SAS接口、MSATA接口、PCI-E接口、NGFF接口、CFast接口、SFF-8639接口和M.2 NVME/SATA协议。

目前固态硬盘的主要接口有:

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甚至32Gbps带宽差多了,但普通2.5英寸SSD也没这么高的需求,500MB/s多的读写速度也够用。

mSATA接口

mSATA接口,全称迷你版SATA接口(mini-SATA),是早期为了更适应于超级本这类超薄设备的使用环境,针对便携设备开发的mSATA接口应运而生。可以把它看作标准SATA接口的mini版,而在物理接口上(也就是接口类型)是跟mini PCI-E接口是一样的。

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接口的一些缺陷,比如依然是SATA通道,速度也还是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。

M.2接口

M.2接口是Intel推出的一种替代mSATA的新的接口规范,也就是我们以前经常提到的NGFF,即Next Generation Form Factor。

M.2接口的固态硬盘宽度22mm,单面厚度2.75mm,双面闪存布局也不过3.85mm厚,但M.2具有丰富的可扩展性,最长可以做到110mm,可以提高SSD容量。M.2 SSD与mSATA类似,也是不带金属外壳的,常见的规格有主要有2242、2260、2280三种,宽度都为22mm,长度则各不相同。

不仅仅是长度,M.2的接口也有两种不同的规格,分别是“socket2”和”socket3”。

看似都是M.2接口,但其支持的协议不同,对其速度的影响可以说是千差万别,M.2接口目前支持两种通道总线,一个是SATA总线,一个是PCI-E总线。当然,SATA通道由于理论带宽的限制(6Gb/s),极限传输速度也只能到600MB/s,但PCI-E通道就不一样了,带宽可以达到10Gb/s,所以看似都为M.2接口,但走的“道儿”不一样,速度自然也就有了差别。

M.2接口走SATA通道的速率

M.2接口走PCIE通道的速率

M.2接口(NVMe协议)

NVM Express(NVMe),或称非易失性内存主机控制器接口规范(Non-Volatile Memory express),是一个逻辑设备接口规范。他是与AHCI类似的、基于设备逻辑接口的总线传输协议规范(相当于通讯协议中的应用层),用于访问通过PCI-Express(PCIe)总线附加的非易失性内存介质,虽然理论上不一定要求 PCIe 总线协议。

此规范目的在于充分利用PCI-E通道的低延时以及并行性,还有当代处理器、平台与应用的并行性,在可控制的存储成本下,极大的提升固态硬盘的读写性能,降低由于AHCI接口带来的高延时,彻底解放SATA时代固态硬盘的极致性能。

NVMe具体优势包括:

性能有数倍的提升;
可大幅降低延迟;
NVMe可以把最大队列深度从32提升到64000,SSD的IOPS能力也会得到大幅提升;
自动功耗状态切换和动态能耗管理功能大大降低功耗;
NVMe标准的出现解决了不同PCIe SSD之间的驱动适用性问题。

(1)延时更低

说到NVMe标准对比AHCI标准的优势,其中之一就是低延时。因为AHCI标准本身就是为高延迟的机械硬盘而设,虽然SSD发展至今,主流产品已经开始不能满足性能的高速发展,特别是在延迟方面。而面向SSD产品的NVMe标准,降低存储时出现的高延迟,就是其要解决的问题之一。

NVMe SSD可有效降低延迟

(0)

相关推荐