近幾年固態(tài)硬盤(pán)發(fā)展迅速，隨著固態(tài)硬盤(pán)生產(chǎn)工藝以及用戶(hù)對(duì)讀寫(xiě)速度的追求，越來(lái)越多的中高端SSD開(kāi)始選擇PCI-E接口來(lái)進(jìn)行SSD與主板的對(duì)接。在本篇文章中筆者將詳細(xì)介紹SATA通道與PCI-E通道固態(tài)硬盤(pán)的優(yōu)缺點(diǎn)，讓大家在裝機(jī)選擇固態(tài)硬盤(pán)時(shí)做到心中有數(shù)，按需購(gòu)買(mǎi)。

那么為什么固態(tài)硬盤(pán)要舍棄SATA 3.0接口而要采用PCI-E接口呢？我們先來(lái)了解一下兩種接口硬盤(pán)的工作原理：在傳統(tǒng)SATA硬盤(pán)中，當(dāng)我們進(jìn)行數(shù)據(jù)操作時(shí)，數(shù)據(jù)會(huì)先從硬盤(pán)讀取到內(nèi)存，再將數(shù)據(jù)提取至CPU內(nèi)部進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算后寫(xiě)入內(nèi)存，存儲(chǔ)至硬盤(pán)中；而PCI-E就不一樣了，數(shù)據(jù)直接通過(guò)總線(xiàn)與CPU直連，接近最大的傳輸速度，最大的數(shù)據(jù)量，省去了內(nèi)存調(diào)用硬盤(pán)的過(guò)程。簡(jiǎn)單的說(shuō)，我們可以把兩種通道理解成兩輛相同的汽車(chē)，PCI-E通道的汽車(chē)就像是在高速上行駛，而SATA通道的汽車(chē)就像是在崎嶇山路上行駛，你說(shuō)哪個(gè)速度快？

不同接口固態(tài)硬盤(pán)速度表

從上圖中我們可以看到，目前主流的SATA 3.0通道的最大傳輸速度為6Gbps，實(shí)際速度最大為560MB/s，SATA通道已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足固態(tài)硬盤(pán)日益增長(zhǎng)的讀寫(xiě)速度，所以PCI-E固態(tài)硬盤(pán)應(yīng)運(yùn)而生。

但是有些讀者可能有疑問(wèn)，為什么我的固態(tài)硬盤(pán)是M.2接口的，但是速度并不快呢？M.2最初叫做NGFF，全名是Next Generation Form Factor。這個(gè)接口很特殊，同時(shí)支持SATA和PCI-E兩個(gè)通道，很容易讓人誤解。其實(shí)并不是所有的M.2固態(tài)硬盤(pán)讀寫(xiě)速度都很快，如果是采用SATA通道的M.2接口固態(tài)硬盤(pán)，讀寫(xiě)速度不會(huì)超過(guò)550MB/s。還要注意的是，主板廠(chǎng)商的M.2接口有的選擇了CPU原生的PCI-E通道，有的是通過(guò)PCH南橋擴(kuò)展出來(lái)的，這可能對(duì)固態(tài)硬盤(pán)的速度產(chǎn)生影響。

說(shuō)完接口，我們?cè)賮?lái)聊兩種固態(tài)硬盤(pán)的協(xié)議。就好像IDE總要走到頭，AHCI似乎也出現(xiàn)了瓶頸?，F(xiàn)在所用的SATA接口與AHCI標(biāo)準(zhǔn)其實(shí)是為高延時(shí)的機(jī)械硬盤(pán)而設(shè)計(jì)的，目前主流固態(tài)硬盤(pán)依然繼續(xù)使用它們，早期固態(tài)硬盤(pán)性能不高時(shí)可能還不覺(jué)得有什么問(wèn)題，但是隨著固態(tài)硬盤(pán)的性能逐漸增強(qiáng)，這些標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為限制固態(tài)硬盤(pán)的一大瓶頸，專(zhuān)為機(jī)械硬盤(pán)而設(shè)計(jì)的AHCI標(biāo)準(zhǔn)并不太適合低延時(shí)的固態(tài)硬盤(pán)。

圖片來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)

NVMe的一大優(yōu)勢(shì)就是低延遲。這主要是因?yàn)榱骶€(xiàn)型的存儲(chǔ)堆棧，NVMe無(wú)需讀取寄存器就可以發(fā)出命令。AHCI的每個(gè)命令都需要讀取4個(gè)不可緩存寄存器，從而導(dǎo)致大約2.5μs的額外延遲。低延時(shí)和良好的并行性的優(yōu)勢(shì)就是可以讓SSD的隨機(jī)性能得到大幅度提升，在任何隊(duì)列深度下都能發(fā)揮出極佳的速度。

NVMe對(duì)固態(tài)硬盤(pán)的IOPS性能提升也比較大。因?yàn)樵谥贫ˋHCI規(guī)范時(shí)，并行性的想法沒(méi)有完全加入到規(guī)范內(nèi)，利用NCQ功能可以對(duì)傳輸能力進(jìn)行優(yōu)化，但是接口并不允許SSD真正最大限度地發(fā)揮其應(yīng)有的并行性。此外，對(duì)于移動(dòng)設(shè)備用戶(hù)來(lái)言，使用NVMe存儲(chǔ)設(shè)備可以對(duì)電池續(xù)行起到很大幫助。NVMe加入了自動(dòng)功耗狀態(tài)切換和動(dòng)態(tài)能耗管理功能，設(shè)備從能耗狀態(tài)0閑置50ms后可以迅速切換到能耗狀態(tài)1，在500ms閑置后又會(huì)進(jìn)入能耗更低的狀態(tài)2。雖然切換能耗狀態(tài)會(huì)產(chǎn)生短暫延遲，但閑置時(shí)這兩種狀態(tài)下的功耗可以控制在非常低的水平，因此在能耗管理上，相比起主流的SATA接口固態(tài)硬盤(pán)也擁有較大優(yōu)勢(shì)。

下面我們看一下兩種固態(tài)硬盤(pán)速度對(duì)比：

左圖為SATA固態(tài)硬盤(pán)，右圖為PCI-E固態(tài)硬盤(pán)

兩者的AS SSD跑分速度差距明顯，無(wú)論是連續(xù)讀寫(xiě)、還是4K測(cè)試，PCI-E固態(tài)硬盤(pán)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先SATA固態(tài)硬盤(pán)，綜合得分PCI-E固態(tài)硬盤(pán)高出SATA固態(tài)硬盤(pán)三倍有余。

說(shuō)了這么多，有些讀者可能有些迷糊，為了幫助大家理解，筆者將各種接口以及速度對(duì)比繪制成表格，這樣就可以一目了然。

不同接口固態(tài)硬盤(pán)協(xié)議