[轉帖]主流硬碟介面都有哪些？
主流硬碟介面都有哪些？
2016-1-14 14:03 | 作者：bolvar | 關鍵字：超能課堂,SSD,M.2,U.2,SATA
分享到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。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。
本文約3652字，需6分鐘閱讀一套完整的PC需要很多個部件組成，如果在某次災難中你只能保留一個部件，大家會選擇留下哪個部分？這時候不管你的CPU多麼高階，顯示卡多麼有信仰，正常的人類應該都會選擇留下硬碟吧，因為硬盤裡不僅住著很多美日歐漂亮姐姐，最關鍵的是裡面儲存了你的使用記錄，說的文藝點就是隻有硬碟才能留住你的記憶，人要是沒了記憶，跟鹹魚有什麼區別（活魚還有7秒的記憶）。
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。整套平臺效能要想極大地提升，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。
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，針對外接裝置的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製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：
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型別，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，不勝列舉，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：
從左到右分別是主機板的SATA介面、硬碟介面及線纜（點選放大）
SATA 6Gbps介面
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裝置又有點不受寵，所以針對便攜裝置開發的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。
mSATA在SSD小型化之初還是很火的
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。
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
M.2介面硬碟已經成為新一代高效能SSD的首選
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又有豐富的可擴充套件性，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效能潛力。
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，實測效能基本沒有差異。詳情可以參考：
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，根據型別和用途不同，它還有A/B/C/D/E/F/G/H/J/K/L/M之分，其中A、E兩種型別常用於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，效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硬碟才在高階消費級市場上崛起。
Intel 750硬碟是目前高效能PCI-E硬碟的代表
跟顯示卡類似，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硬碟不能做啟動盤的問題也早解決了，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。
SATA E介面也是很多100系列主機板的標配功能了
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。
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，沒裝置用也不會浪費。
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，看這意思是希望在臺機領域複製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，都是儘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議支援，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）。
U.2介面規範
U.2的裝置端介面融合了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，裝置端的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。
主機板上的U.2介面
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協議，甚至供電能力也提高了，這都有助於提高SSD效能，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。
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，支援U.2轉為M.2介面，只要M.2介面也是32Gbps頻寬的，這種轉接是不會有效能損失的。
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，普通使用者對效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顯示卡雖然要佔據一個顯示卡插槽位，但它的優勢非常明顯，對主機板沒有特殊要求，在高階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，不論效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，現在主機板的支援力度還是太小了。
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M.2硬碟直接安裝在主機板上，不需要2.5寸硬碟位，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。