2006年當三星發布第一款民用SSD開始, 誰也沒想到這個性能怪物僅僅用10年便顛覆了HDD在存儲界長達60年之久的統治霸權, 並且愈發有取而代之的趨勢, 如今, 電腦裡不裝個SSD總覺得哪裡不正常.
而隨之而來的, 便是主板硬碟介面的變革, 傳統的SATA介面限制了SSD的發揮, 為此人們發展出了各種更高效的傳輸介面, 其中就有現在十分流行的M.2介面.
其實, 從SATA到M.2,還有非常多的介面, 被淹沒在科技發展的潮流中, 那麼我們今天就來談談, M.2介面憑什麼在新介面中突圍而出成為主流, M.2介面的SSD是否就一定好.
'慢吞吞' 的介面
我們把時間倒回到2009年, 那時候菊花只是說一種花, 醉了也僅僅代表喝多了, 在大家忙於偷菜的時候, 串列ATA國際組織(SATA-IO)正式發布了新版規範 'SATA Revision 3.0' , 同時向下相容舊版規範, 理論最高傳輸頻寬從3Gbps翻倍到6Gbps.
作為SATA介面的的延續, SATA3.0介面相對於各種新生介面而言技術成熟可靠, 相容設備多, 普及程度高, 且6Gbps的對於普通2.5英寸SSD堪稱夠用, 自然而然SATA 3.0介面也就成為主板上必備的介面了.
如今在高端SSD價格居高不下, SSD並不能完全取代HDD的的情況下, 相信SATA 3.0介面在今後相當長的時間裡依然會是主流.
但人類並不喜歡原地踏步, 很快, SATA協會開始思考, 怎樣才能突破SATA3.0的瓶頸呢?
SATA-Express, 或者叫SATAe, 便是SATA協會提出的解決方案 . SATA-Express是SATA介面 + PCI-Express的混合體, 其理論最高頻寬可達10Gbps, 能相容SATA標準的老硬碟, 也能使用SATA-Express介面的高速SSD, 每個SATA-Express介面可以接1個SATA-Express硬碟, 或者2個SATA硬碟.
但是我們並沒能看到SATA-Express成為現在的主流介面, 究其原因, 一是SATA-Express太佔主板空間, 有網友甚至稱其開曆史的倒車, 夢回IDE時代, 影響了其在移動平台的通用性, 二是對比他的競爭對手, 在頻寬上並無優勢, 實在雞肋.
也在那段時間, 筆記本流行了起來, 大家開始追求輕薄本, 大家也開始努力把SSD做小, 於是mSATA介面就應運而生了.
mSATA是SATA協會開發的mini-SATA(mSATA)介面控制器的產品規範, 控制器可以讓SATA技術整合在小尺寸的裝置上. 同時mSATA將提供跟SATA介面標準一樣的速度和可靠度.
但mSATA的推廣最後卻失敗了, 因為當時masta介面的SSD受面積限制, 顆粒數目有限, 性能與容量難以匹敵同時代的2.5英寸SSD;
同時小尺寸帶來價格的昂貴, 加上當時SSD發展尚未成熟, 容量價格比低, 大多數消費者對其並不買賬, 最重要的是mSATA介面的SSD始終潛力有限, 各大廠家很快又放棄了推廣這一介面, 開始尋找其他出路.
小結:
小的介面頻寬不夠, 性能不足, 頻寬夠的, 介面又太大了, 人們開始意識到, 想要實現頻寬夠大, 通用性夠好的介面, 必須在根源改變, 不能再抱著SATA介面和AHCI標準小修小補了.
理論上講, 成硬碟存儲時延遲主要有三個方面, 存儲介質本身, 控制器, 以及軟體介面標準.
而傳統的AHCI標準一直是以高延遲的HDD為標準設定的, 想配合性能突飛猛進的SSD早已有心無力. 人們迫切需要一種更懂SSD, 基於快閃記憶體特點開發的介面標準, 於是, NVMe介面標準便誕生了.
NVMe介面標準為什麼是革命性的?
NVMe標準, 全稱Non-Volatile Memory Express (非易失性存儲器標準) , 是使用PCI-E通道的SSD一種規範, 最早在2007年的Intel開發者論壇上已被提出, 並在同年由Intel領銜成立了NVMHCI工作組.
面向PCIe SSD產品的NVMe標準能有效降低控制器和軟體介面部分的延遲, 最主要是能讓SSD走PCI-E通道直連CPU, 有效降低了數據延遲 , 其次, NVMe精簡了調用方式, AHCI每條命令則需要讀取4次寄存器, 一共會消耗8000次CPU迴圈, 從而造成2.5μs的延遲, 而NVMe執行命令時則不需要讀取寄存器.
NVMe PCIe SSD可有效降低延遲
而且新的協議還能大大提高SSD的IOPS (每秒讀寫次數) 性能, 理論上 , IOPS=隊列深度/ IO延遲, 所以增加隊列深度, 就可以有效提升SSD的IOPS.
傳統的ACHI標準下隊列深度最多能達到32, 但是在NVMe標準下, 這一數值可以達到64000, 是以前的2000倍.
此外NVMe還加入了自動功耗狀態切換, 動態能耗管理, 免驅等功能, 驅動適應性廣, 低功耗.
隊列深度的大幅提升
小結:
對比傳統的ACHI, NVMe介面標準 能有效降低控制器和軟體介面部分的延遲 , 大幅提高固態硬碟的IOPS性能 , 還兼顧 低功耗, 驅動適應性廣 的優點, 因此可以說NVMe介面標準是革命性的.
M.2介面憑什麼突圍而出?
看到這裡, 各位看官似乎明白了, M.2介面是因為他支援NVMe標準, 才會脫穎而出的吧?
猜對了一半, 其實支援NVMe標準的介面, 並不止M.2一個, 還有更為純粹的PCIe介面和非常小眾的U.2介面, 我們先來講講這個U.2介面,看看他為什麼不能成為主流.
U.2正規學名其實是叫SF-8639介面, 介面的設計思路與SATA-E一樣, 即儘可能利用現有的物理介面, 但增加了更多的協議支援就像NVMe, 頻寬也從PCI-E x2增加到了PCI-E x4, 可以說U.2才是才是SATAe的終極版本.
U.2介面不可以說不好, 但是對比他的競爭對手M.2介面, 在通用性方面稍遜一籌, 而這對於介面的普及其實是致命的, U.2目前甚至還是需要佔用特定的線材或轉接卡與台式機或筆記型電腦連接, 特別不方便, U.2介面逐漸小眾化和邊緣化也不足為奇了.
華碩 MAXIMUS VII HERO已停產
那麼既然NVMe協議能讓SSD更快走的是PCI-E通道, 為什麼不能直接把SSD插在原本就直連PCI-E通道的PCIe介面上呢, 廠家也想到了這個問題, PCIe介面的SSD也就順理成章的出現了.
PCIe介面的SSD一直是高性能的代名詞, 雖然其介面標準和M.2 PCIe SSD一樣, 但更大的pcb板能讓PCIe SSD容量更大, 更適合企業級消費者.
但通用性方面不及M.2介面靈活, 所以本質一樣的M.2 PCIe SSD和PCIe SSD在產品定位上開始分道揚鑣了, M.2 PCIe SSD面向大眾主流消費者, PCIe SSD則面向更高端的用戶比如企業用戶.
小結:
看完各個介面沒能普及的原因, 大家大概都明白了, M.2介面能突圍而出, 主要憑藉著兩點: 1, 支援NVMe傳輸協議, 擁有更大的頻寬, 提高SSD的IOPS, 大大減少SSD的延遲 . 2, 介面通用性比其他支援NVMe傳輸協議的介面要好, 體積小巧, 更適合放在各種移動端平台.
那麼你說的牛逼哄哄的M.2介面, 究竟是啥東西?
M.2其實是一種標準的連接器介面, 曾用名是NGFF (Next Generation Form Factor) , 是由HP主導的一個PCI-SIG協會公布的協議, 標準名稱為PCI Express M.2 Specification, 設計目的是為了在同一連接器上支援多種模組/卡, 其中除了大家熟知的SSD之外, 還支援WIFI, 藍芽, 全球衛星導航系統和NFC等.
M.2介面最主要有以下幾個優點: 支援更高的速率, 潛力大; 相對PCI-Emini card, 節約20%的PCB空間, 節省15%的連接器高度, 更小巧玲瓏; 支援PCI-E3.0, USB3.0和SATA3.0三種當前主流標準, 介面更 '全能' .
小巧的體積和支援多種主流通信介面, 造就了M.2超強的通用性, 也為M.2介面的普及鋪平了道路.
在M.2模組尺寸方面, M.2規範1.0共定義了11種尺寸的模組/卡, 但主流SSD尺寸只2242, 2260, 2280三種規格, 命名也是按照模組的尺寸命名的, 舉個例子, M.2 2242, 22是寬度22mm, 42是長度42mm.
因為長度越長, 可布置的快閃記憶體顆粒就越多, 容量也就越大. 因此各位購買M.2 SSD的時候, 也需要先看清楚自己的主板支援什麼尺寸的M.2模組.
M.2模組尺寸 
主流SSD尺寸
特別要注意的是M.2的連接器共有三種Socket, (Socket1, 2, 3) , 其中Socket1全部採用焊接方式且僅適用於1216, 2226和3026尺寸, 並不常見.
Socket 2支援SATA, PCI-E X 2介面. 而Socket3則僅支援PCI-E x 4通道 , 擁有高達32Gbps的頻寬, 接近4GB/S的介面傳輸速度, 比SATA快5倍之多, 專為高性能存儲設計.
現在市面上有些主板的M.2介面是相容這兩種介面的, 即可走SATA通道也可以走PCI-E通道, 但是有的僅僅支援Socket3介面, 走PCI-E通道, 因此各位再購買SSD前, 把自己主板的M.2介面搞清楚十分重要.
關於Socket 3和Socket 2 SSD介面外觀差別可以看這裡——
左邊是支援 'B key' 的插槽, 短的一段在左邊, 採用6pin設計, 當介面連帶 'B key' 一併使用時候, 即為Socket 2介面, 走SATA或PCI-E X2通道;
另一種是支援 'M key' 的插槽, 短的一段在右邊, 採用5pin設計, 當介面連帶 'M key' 一併使用時候, 走的是PCI-E X4通道, 即為Socket 3介面.
建興 睿速系列
M.2介面的SSD一定好嗎? 未必!
假如你買了一個M.2介面的SSD, 它走的是SATA通道, 那麼他的傳輸協議依然是傳統的ACHI, 最大讀寫性能和走SATA3.0介面的SSD沒有任! 何! 區! 別!
因此, 為了區別開來, 我們把M.2介面, 支援NVMe協議的高性能SSD稱為NVMe M.2 SSD.
但是同樣是NVMe M.2 SSD, 性能也可能會有很大差異, 主要是有兩個因素造成: 其一為SSD介面類型是PCI-E 3.0還是老舊的PCI-E 2.0; 其二是SSD是PCI-E X 4 (Socket 3) 還是PCI-E X 2 (Socket 2) . 最大的區別在於理論最高頻寬和介面速度上, 小編整理了一份表格給大家便於理解:
可以輕易的看出PCI-E 3.0 X 4的SSD才是理論上最好的固態硬碟.
但是小編也不是說只建議大家買Socket 3, PCI-E 3.0 X 4介面的M.2 SSD, 當然這是最強的M.2 SSD, 但也是最貴的M.2 SSD.
當初SSD問世給HDD用戶帶來極大的震撼, 日常體驗得到飛躍的提升, 但這次NVMe M.2 SSD相比於SATA SSD,在日常使用中其實並不會感受到明顯的差異, 換句話講對於大多數日常應用普通的SSD不會是瓶頸.
小編一向建議大家按需購買, 如果不是重度工作使用, 不需要經常讀寫大型檔案, 或許等到高性能的NVMe M.2 SSD價格更親民再去入手, 會更好些.
結語:
在2012年的IDF上, Intel提出將開始大力推廣NGFF技術標準的SSD, 主要用於超極本平台, 進一步減少超極本厚度同時提高傳輸速度, 取代mSATA. 想不到的是, 嘗過甜頭的廠家開始把這一介面推廣到其他領域, M.2介面以星星之火可以燎原之勢迅速普及了下來, 下一步便是高性能的NVMe M.2 SSD普及了.
十年前剛面世不久的1tb機械硬碟標出3000的天價, 但是現在卻已經是裝機必備, 隨著人類科技的進步, SSD的成本進一步下降, 假如NAND快閃記憶體製造大廠不再遇到危險相信大家的電腦都插上1TB的NVMe M.2 SSD的日子過不了多久就會到來的吧.
