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作者: wu.hn8401
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[儲存裝置] M.2、U.2誰更好?主流硬碟介面都有哪些?

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wu.hn8401 發表於 2016-1-15 13:09:37 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
作為PC中最重要的部件之一,杯具的是硬碟還往往是最拖累系統的一部分,特別是在純機械硬碟平臺上。整套平臺性能要想極大地提升,硬碟速度就不得不革命。時至今日,HDD硬碟依然是很多實體店裝機的首選,但更快速的SSD已經是用過都說好,它好你也好。在這場革命中,為了實現更快的速度,硬碟的介面也在不斷進化,今天的超能課堂我們就來談談硬碟的主流介面都有哪些。

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不同規格的硬碟上會使用不一樣的介面

大家都能說出不少,不過小編還是自己先曝答案吧——如上圖所示,視硬碟大小不同,硬碟介面也是多種多樣的,現在能見到的至少有SATA、mSATA、M.2、SATA Express、PCI-E及U.2等,其實這些還只是一部分,因為我們沒提到的還有很多,比如BGA封裝的,針對外置設備的eSATA介面,企業級市場用的SAS 3.0介面,習慣獨來獨往的蘋果甚至還定制了很多自家專屬的硬碟介面。考慮到它們跟日常使用的關係不大或者你知道了也沒個卵用(因為是專屬的),所以我們重點介紹的是普通人見得著的介面,如下圖所示:

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硬碟常見介面及特色

上述表格中一共列舉了SATA 6Gbps、mSATA、SATA Express(以下簡稱為SATA E)、M.2、U.2及PCI-E介面,實際上每個介面下面通常還會有很多子類型,比如SATA硬碟還有1.8寸規格的,mSATA還有mSATA mini,PCI-E插槽除了常見的HHHL半高半長之外,還有全高全長、全高半長等等,不勝枚舉,我們就選擇最典型的吧。
下面我們再詳細介紹下每個介面的規格和特點。

SATA 6Gbps介面
SATA是硬碟介面的標準規範,實際上SATA 6Gbps介面這個說法並不規範,準確的稱呼是SATA III,介面速度是6Gbps而已,只是現在大家習慣這個說法了。SATA 6Gbps介面是目前最最常見的HDD/SSD硬碟介面,大部分人現在買的硬碟都在用這種介面,介面及線纜如下所示:
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從左到右分別是主機板的SATA介面、硬碟介面及線纜

作為目前應用最多的硬碟介面,SATA 6Gbps介面最大的優勢就是太成熟了,6Gbps的頻寬雖然比起新介面的10Gbps甚至32Gbps頻寬差多了,但普通2.5寸SSD也沒這麼高的需求,500MB/s多的讀寫速度也夠用了,而在HDD硬碟上6Gbps頻寬遠遠談不上瓶頸,誰讓HDD硬碟發展太慢了,速度一直沒有質變。

當然,SATA 6Gbps也是有缺點的,它已經服役多年了,對新技術的支援是不夠的,比如NVMe標準就不支援,而且體積相對比較大,不適應SSD日益小體積的發展趨勢,6Gbps的頻寬對新一代SSD來說也不夠用了。

mSATA介面
既然SATA 6Gbps介面不利於SSD小型化,半高SATA設備又有點不受寵,所以針對可攜式裝置開發的mSATA(mini SATA)介面就登場了,你可以把它看作標準SATA介面的mini版,物理介面跟mini PCI-E介面一樣,所以二者容易混淆,但mSATA走的是SATA通道而非PCI-E通道,所以需要SATA主控。

JEDCE定義了兩種尺寸的mSATA硬碟規格,分為MO-300A和MO-300B,前者又分為mSATA mini和mSATA,其中mini硬碟長寬是30x26.8mm,mSATA尺寸是51x30mm,單面厚度約為4.85mm,而MO-300B一般是30x30mm,比較少見。

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標準的mSATA硬碟佈局

mSATA介面是SSD小型化的一個重要過程,不過mSATA依然沒有擺脫SATA介面的一些缺陷,比如依然是SATA通道,速度也還是6Gbps,SATA介面的潛力也就是這樣了,要想進一步發展還得尋找新的手段。

M.2/NGFF介面
取代mSATA的介面是M.2介面,最初叫做NGFF,全名是Next Generation Form Factor,它可以做的比mSATA硬碟還要小巧,基本長寬只有22x42,單面厚度2.75mm,雙面快閃記憶體佈局也不過3.85mm厚,但M.2又有豐富的可擴展性,最長可以做到110mm,可以提高SSD容量。

此外,M.2介面可以同時支援SATA及PCI-E通道,後者更容易提高速度,早期的M.2介面使用的是PCI-E 2.0 x2通道,理論頻寬10Gbps,不過在9系及100系晶片組之後,M.2介面現在全面轉向PCI-E 3.0 x4通道,理論頻寬達到了32Gbps,遠高於之前水準,大大提升了SSD性能潛力。

有趣的是,廠商的M.2介面有的選擇了CPU原生的PCI-E通道,有的是通過PCH南橋擴展出來的,我們之前也針對這兩種方案做過測試,實測性能基本沒有差異。詳情可以參考:

直的好還是彎的好?南橋M.2與原生PCI-E介面性能測試

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M.2實際上是個龐大的規範

最後要說的是,Intel主導制定的M.2介面實際上是個龐大的總集,我們常見的M.2硬碟只是其中的一部分,根據類型和用途不同,它還有A/B/C/D/E/F/G/H/J/K/L/M之分,其中A、E兩種類型常用於WiFI/BT無線模組、NFC模組、WiGig模組等,B、M可以用於SSD,而我們常見的2242/2260/2280/22110規格的M.2屬於M分支的。

PCI-E介面
早在SATA介面的SSD發展之初,PCI-E介面的SSD就出現了,因為後者的優勢實在太大了,其他SSD不論採用什麼介面,都是從SATA向原生PCI-E走進,而PCI-E介面的SSD直接是一步到位,省去了中間過程。不過PCI-E硬碟最初多用於企業級市場,因為它需要不同的主控,性能高的同時成本也高了,消費級市場也沒多少需求,只是這兩年來PCI-E硬碟才在高端消費級市場上崛起。

跟顯卡類似,PCI-E硬碟的規格也會根據長度、高度分為全高/半高、全長/半長等不同級別,最常見的PCI-E硬碟多是HHHL半高半長的,長度為167mm。

PCI-E介面的硬碟速度也逐漸從當初的PCI-E 2.0 x2走向了PCI-E 3.0 x4通道,速度也達到了32Gbps,可以滿足未來一段時間的使用了,而且早期PCI-E硬碟不能做開機磁片的問題也早解決了,現在PCI-E硬碟已經是最為高大上的選擇了,旗艦級SSD大多會選擇PCI-E介面。

SATA Express介面
M.2介面解決了mSATA介面的後繼問題,不過SATA 6Gbps介面到底應該走向何方?在6Gbps速度之後,SATA介面要想繼續提高速度已經很難了,SAS介面倒是可以把介面提高到12Gbps,但那是針對企業級市場的,對原介面做了很大變動,而且後者對成本並不敏感,但是消費級市場就不一樣,要考慮到現實,對此SATA-IO給出的解決方案是SATA Express(SATA E)介面。

為了提高介面頻寬,SATA E介面也放棄了SATA通道,走向了PCI-E通道,他們選擇的是PCI-E x2通道,具體有PCI-E 2.0 x2或者PCI-E 3.0 x2兩種選擇,因此就有了10Gbps以及16Gbps兩種,最初是10Gbps居多,現在的主機板逐漸開始提供16Gbps的SATA E介面了,因為100系晶片組的南橋通道數量大幅提升了。

無論廠商選擇PCI-E 2.0還是PCI-E 3.0方案,介面速度相對原來的6Gbps都有了明顯的提升,頻寬更不是瓶頸了。

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SATA E介面是2個SATA介面組合成的

SATA E的物理介面實際上是通過SATA 6Gbps介面改造的,這有點類似SAS介面,它使用了2個SATA 6Gbps介面和一個只有4pin針腳的mini版SATA介面組成,其中小介面只能接入PCI-E線,這樣做的最大好處就是保持向下相容,因為目前SATA E硬碟的數量實在是太少太少了,或者說就沒見到有幾款正式商用的,搞成向下相容的介面,SATA E至少還可以當成2個SATA 6Gbps介面使用,沒設備用也不會浪費。

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SATA E介面的資料線

SATA E標準推出有2年時間了,不過就目前的情況來看SATA E普及之路還非常遙遠,唯一明智的就是向下相容了SATA 6Gbps介面。

U.2/SFF-8639介面

SATA E介面取代SATA 6Gbps有點不靠譜,不過我們還有另一個選擇,那就是U.2介面,它之前叫做SFF-8639,今年的臺北電腦展上SF-8639介面改名為U.2介面,跟目前的M.2介面對應起來了,看這意思是希望在台機領域複製M.2介面在移動市場的成功。

U.2介面跟SATA E介面的思路差不多,都是盡可能利用現有的物理介面,但介面頻寬更快,從PCI-E x2變成了PCI-E 3.0 x4,此外還增加了許多新協定支援,比如NVMe,這些都是SATA E介面不具備的(U.2其實才是SATA E的完全體)。

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U.2介面規範

U.2的設備端介面融合了SATA及SAS介面的特點,中間用針腳填滿了SATA介面留下的空缺,並預留了L型防呆設計,所以可以相容SATA、SAS及SATA E規範,主機板那一端則是mini SAS(SFF-8643)介面,設備端的U.2線則是一端接在SATA電源上,一端接在U.2硬碟的資料口上。

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U.2介面的Intel 750硬碟及U.2線(來源於Anandtech網站)

U.2介面有很多優點,介面頻寬達到了32Gbps,支援NVMe協定,甚至供電能力也提高了,這都有助於提高SSD性能,但U.2不好的地方在於它依然是新興事物,很多主機板目前並沒有U.2介面,而且U.2介面的消費級硬碟少的可憐,目前正式開賣的也只有Intel的750系列。
 
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通過U.2轉接卡可將U.2硬碟當成M.2硬碟使用

如果想在普通主機板上用U.2硬碟,那麼最好的選擇是U.2轉M.2轉接卡,華碩、微星、華擎都出過這樣的小配件,支持U.2轉為M.2介面,只要M.2介面也是32Gbps頻寬的,這種轉接是不會有性能損失的。

總結:

這麼多介面,到底誰能主宰浮沉?小編在每個介面的介紹中都加入了自己的點評,SATA 6Gbps規格上已經落伍,但廉頗歲老,吃飯還是可以的,普通使用者對性能的要求談不上苛刻,SATA 6Gbps很長一段時間內都將是最主要的選擇。

mSATA不用說了,已經被淘汰了,M.2介面現在風頭最勁,不僅在移動平臺佔據主要位置,隨著32Gbps的M.2介面在100系主機板上的普及,它在桌面平臺也越來越流行。
PCI-E顯卡雖然要佔據一個顯卡插槽位,但它的優勢非常明顯,對主機板沒有特殊要求,在高端市場上依然會佔有一席之地。

SATA E介面未老先衰,到今天為止只剩下尷尬了,小編對這個介面一點也不看好,恐怕它等不到自己的春天了。

U.2介面各種高大上,不論性能還是新技術支援都走在了前列,它被眾人看好會成為SATA 6Gbps介面之後的新王者,不過小編可沒這麼樂觀,私以為U.2介面還缺少關鍵吸引力,現在主機板的支持力度還是太小了。

如果U.2與M.2介面只能有一個勝出,小編認為M.2介面優勢更大,因為現在的M.2介面速度和技術都不輸U.2介面,廠商的支援力度更高,而且U.2硬碟直接安裝在主機板上,不需要2.5寸硬碟位元,也少了理線的麻煩。其潛在的缺點在於硬碟容量可能比不上U.2硬碟,畢竟體積小很多,但以目前的SSD價格來看,這根本不是問題。


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