为什么固态硬盘要采用PCI-E接口
计算机发展至今已60年有余, 随着人们对存储速度要求的不断提升, 存储介质从最初的打孔卡到现在的SSD, 发生了翻天覆地的变化. 现如今越来越多的中高端SSD开始选择PCI-E接口来进行SSD与主板的对接, 以提升读写速度.
作为一名普通用户, 我们应该选择高端的PCI-E SSD还是SATA SSD? 二者有何区别? 所以在本篇文章中笔者将详细介绍PCI-E通道 SSD与PCI-E通道固态硬盘的优劣, 让大家在装机选择SSD时做到心中有数, 按需购买.
为什么要采用PCI-E通道?
那么为什么固态硬盘要舍弃SATA 3.0接口而要采用PCI-E接口呢? 我们先来了解一下两种接口硬盘的工作原理:
在传统SATA硬盘中, 当我们进行数据操作时, 数据会先从硬盘读取到内存, 再将数据提取至CPU内部进行计算, 计算后写入内存, 存储至硬盘中; PCI-E就不一样了, 数据直接通过总线与CPU直连, 接近最大的传输速度, 最大的数据量, 省去了内存调用硬盘的过程.
简单的说, 我们可以把两种通道理解成两辆相同的汽车, PCI-E通道的汽车就像是在高速上行驶, 而SATA通道的汽车就像是在崎岖山路上行驶 , 你说哪个速度快?
不同接口固态硬盘速度表
从上图中我们可以看到, 目前主流的SATA 3.0通道的最大传输速度为6Gbps, 实际速度最大为560MB/s, SATA通道已经无法满足固态硬盘日益增长的读写速度, 所以PCI-E固态硬盘应运而生.
但是有些读者可能有疑问, 为什么我的固态硬盘是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. 这个接口很特殊, 同时支持SATA和PCI-E两个通道, 很容易让人误解.
其实并不是所有的M.2固态硬盘读写速度都很快, 如果是采用SATA通道的M.2接口固态硬盘, 读写速度不会超过550MB/s. 还
要注意的是, 主板厂商的M.2接口有的选择了CPU原生的PCI-E通道, 有的是通过PCH南桥扩展出来的, 这可能对固态硬盘的速度产生影响.
2PCI-E协议与速度优势
AHCI与NVMe协议
说完接口, 我们再来聊两种固态硬盘的协议. 就好像IDE总要走到头, AHCI似乎也出现了瓶颈.
现在所用的SATA接口与AHCI标准其实是为高延时的机械硬盘而设计的, 目前主流固态硬盘依然继续使用它们, 早期固态硬盘性能不高时可能还不觉得有什么问题, 但是随着固态硬盘的性能逐渐增强, 这些标准已经成为限制固态硬盘的一大瓶颈, 专为机械硬盘而设计的AHCI标准并不太适合低延时的固态硬盘.
图片来自互联网
NVMe的一大优势就是低延迟. 这主要是因为流线型的存储堆栈, NVMe无需读取寄存器就可以发出命令. AHCI的每个命令都需要读取4个不可缓存寄存器, 从而导致大约2.5μs的额外延迟.
低延时和良好的并行性的优势就是可以让SSD的随机性能得到大幅度提升, 在任何队列深度下都能发挥出极佳的速度.
NVMe对固态硬盘的IOPS性能提升也比较大. 因为在制定AHCI规范时, 并行性的想法没有完全加入到规范内, 利用NCQ功能可以对传输能力进行优化, 但是接口并不允许SSD真正最大限度地发挥其应有的并行性.
此外, 对于移动设备用户来言, 使用NVMe存储设备可以对电池续行起到很大帮助. NVMe加入了自动功耗状态切换和动态能耗管理功能, 设备从能耗状态0闲置50ms后可以迅速切换到能耗状态1, 在500ms闲置后又会进入能耗更低的状态.
虽然切换能耗状态会产生短暂延迟, 但闲置时这两种状态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接口固态硬盘也拥有较大优势.
速度对比
下面我们看一下两种固态硬盘速度对比:
左图为SATA固态硬盘, 右图为PCI-E固态硬盘
两者的AS SSD跑分速度差距明显, 无论是连续读写, 还是4K测试, PCI-E固态硬盘都远远领先SATA固态硬盘, 综合得分PCI-E固态硬盘高出SATA固态硬盘三倍有余.
普通用户装机时应该如何选择
说了这么多, 有些读者可能有些迷糊, 为了帮助大家理解, 笔者将各种接口以及速度对比绘制成表格, 这样就可以一目了然.
不同接口固态硬盘协议
选购建议:
看到这你可能会发现PCI-E有很多好处, 但并不是每个人都适合购买. 因为PCI-E SSD闪存颗粒和主控的原因, PCI-E的SSD价格都非常昂贵.
比如512GB SATA协议的SSD价格在800元左右, 而同样容量的PCI-E协议的SSD售价却高达2000元.
并且PCI-E会占用总线通道, 入门以及中端平台CPU通道数较少, 都不太适合添加PCI-E固态硬盘, 只有Z270, 或者X99这样的旗舰级平台, 才能充分发挥PCI-E固态硬盘的性能.
