SATA 3.2SATA—IO組織的新規(guī)范

張寒

SATA 3.0也就是SATA 6Gbps接口推出后，SATA的發(fā)展似乎停滯了下來。一方面SSD的高速發(fā)展使得SATA接口根本滿足不了SSD高速發(fā)展的需求，另一方面，機(jī)械硬盤依舊不可能達(dá)到SATA 3.0時代的標(biāo)準(zhǔn)。在這種情況下，SATA-IO組織制定了SATA 3.2標(biāo)準(zhǔn)，希望用小進(jìn)步來繼續(xù)推動SATA接口的前行。

SATA Revision 3.2標(biāo)準(zhǔn)是什么？從名字上來看，它肯定是SATA 3.0標(biāo)準(zhǔn)的后續(xù)版本。實(shí)際上并不完全是這樣，因?yàn)镾ATA 3.2包含的內(nèi)容要比SATA 3.0更多，尤其是在目前機(jī)械硬盤逐漸式微、SSD大行其道的情況下。從SATA-IO組織的官方說法來看，SATA 3.2的內(nèi)容還是相當(dāng)豐富的，其中包含了針對高速存儲設(shè)備的SATA Express接口、新增加的M.2接口、全新的SATA USM接口以及一些節(jié)能和電源管理的新技術(shù)。雖然內(nèi)容看起來多了很多，但其中大部分內(nèi)容都是技術(shù)整理、重新規(guī)范，因此整體新內(nèi)容不多。

借路的高速接口——SATA-Express

SATA-Express可以簡寫做SATAe。從SATA-IO相關(guān)白皮書內(nèi)容來看，SATA-IO將存儲系統(tǒng)分為三個檔次，分別是SSD、SSHD（就是混合硬盤）、HDD，這三個檔次的產(chǎn)品價格和性能是從高到低依次排序的。不過，隨著技術(shù)發(fā)展，更快速的閃存顆粒的誕生、更多的存取通道的加入、更強(qiáng)大的控制芯片的研發(fā)，目前SSD的速度持續(xù)增長，SATA 6Gbps已經(jīng)滿足不了SSD性能增長的需求了。于是，SATA-IO組織需要制定更新的標(biāo)準(zhǔn)來適應(yīng)發(fā)展，比如SATA 12Gbps。但這實(shí)際上并沒有這么容易，因?yàn)閷τ诖械腟ATA規(guī)范來說，如果要進(jìn)一步加快傳輸速度，不但成本較高，而且電源耗費(fèi)將會更為明顯，能耗會明顯降低，且不夠經(jīng)濟(jì)。

于是，SATA-IO選擇了目前PC中使用最廣泛的PCI-E接口作為高速SATA接口發(fā)展的目標(biāo)，這就是SATA Express。為了區(qū)分不同設(shè)備的使用，SATA-IO開發(fā)出了SATA Express/AHCI和SATA Express/NVMe兩種不同規(guī)格，前者用于兼容性設(shè)計，完全兼容舊式支持AHCI的設(shè)備；后者這是全新的驅(qū)動模式，用于新的SSD設(shè)備支持，用于釋放更強(qiáng)大的傳輸性能，兩類接口顏色設(shè)計等不盡相同，也不能互相插拔。這兩種設(shè)備的最大傳輸速度都可以達(dá)到2GB/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前的SATA 6Gbps，還會隨著PCI-E技術(shù)的發(fā)展而進(jìn)步。

從實(shí)際性能來看，采用PCI-E 2.0×2的SATAe的有效數(shù)據(jù)傳輸速度達(dá)到780MB/s，即使這樣，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于SATA 6Gbps的有效傳輸速度560MB/s，超出幅度更是接近40%。這還僅僅是PCI-E 2.0的數(shù)據(jù)，目前所有SATAe的PCI-E控制器的都基于PCI-E 2.0，在明年可能會升級到PCI-E 3.0，如果帶寬和估計一樣翻番的話，那么至少1GB/s的實(shí)際數(shù)據(jù)帶寬將成為常態(tài)，超越SATA 6Gbps的實(shí)際帶寬至少100%。目前已經(jīng)有廠商在開發(fā)相關(guān)SATAe的設(shè)備，不過由于英特爾不打算在9系列芯片中支持SATAe，因此目前要么使用第三方廠商的芯片，要么只有等待英特爾、AMD等廠商的下一代產(chǎn)品了。

待完善的通用接口——SATA USM

SATA USM是SATA-IO組織推廣的新接口，它的目的是替代USB、Lighting，成為一種全新的通用傳輸接口。不過這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展并不太順利。主要原因除了SATA-IO推廣乏力外，還有接口本身設(shè)計的問題，比如接口過長、過厚，不太適合在移動設(shè)備上使用。

之前SATA-IO組織也推廣過諸如e-SATA這樣的擴(kuò)展接口，不過沒有供電的設(shè)計使得它使用非常麻煩。SATA USM改進(jìn)了這一點(diǎn)，提供了供電支持。它的接口分為兩個部分，其中數(shù)據(jù)傳輸部分本身還是SATA的樣式，此外還增加了獨(dú)立的供電接口（基本規(guī)格與電源上扁平的SATA供電線類似），這也導(dǎo)致SATA USM的體積變得比較大，特別是接口長度比較長，易用性有一定程度的降低。不過這樣設(shè)計的好處也很明顯，那就是SATA USM接口可以直接插接目前的硬盤并讀取數(shù)據(jù)。SATA USM由于設(shè)計上的問題，還需要進(jìn)一步改進(jìn)才能有所作為。在新的SATA Revision 3.2中，SATA-IO進(jìn)一步降低了SATA USM接口的厚度，從之前的14.5mm大幅度降低至9mm。厚度雖然降低了，但長度卻沒有什么變化。SATA-IO還得想出辦法來，才能更好地推廣SATA USM了。

超輕薄設(shè)備的最愛——M.2

說起M.2接口，可能之前都一直默默無聞，突然出現(xiàn)在市場并迅速躥紅的它，現(xiàn)在已經(jīng)成為了超輕薄設(shè)備的最愛。相比之前的SATAe等接口而言，M.2接口既能兼容SATA，又能使用PCI-E等高速接口，因此迅速得到了市場的肯定和熱捧。M.2接口不僅速度快、兼容規(guī)格多，尺寸還特別小?；究頜.2接口的SSD，尺寸為42mm×22mm，在配置單面芯片時厚度僅為2.75毫米，配置雙面芯片時厚度為3.85毫米。除了基準(zhǔn)規(guī)格外，SATA-IO還推出了三種擴(kuò)展規(guī)格。這三種擴(kuò)展規(guī)格主要適用于更大容量的SSD產(chǎn)品，它們都是22mm款，但長度更長一些。最長可以達(dá)到基準(zhǔn)M.2產(chǎn)品的2倍以上甚至更長。

此外，M.2接口還可以有多種體積配置可選。M.2設(shè)備在插槽處設(shè)計了兩個空槽，分別稱為B鍵鎖和M鍵鎖。其中當(dāng)B鍵鎖激活時，M.2設(shè)備可以選擇使用SATA接口或者2×PCI-E 3.0接口，速度為6Gbps（600MB/s）或者2.0GB/s；當(dāng)M鍵鎖激活時，M.2設(shè)備則僅能使用2個2×PCI-E 3.0連接，速度提升到4.0GB/s。M.2本身可以面對多個應(yīng)用場合，根據(jù)SATA-IO的計劃，B鍵鎖推薦給SSD、緩存或者WWAN模塊使用，M鍵鎖推薦給高性能SSD或者緩存使用。其中緩存技術(shù)主要是指諸如英特爾在Z68上就發(fā)布的Smart Response Technology固態(tài)硬盤緩存技術(shù)或者其類似技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)通過大容量SSD作為系統(tǒng)的緩存，能大幅度提高在系統(tǒng)使用過程中的數(shù)據(jù)響應(yīng)速度。之前這項(xiàng)技術(shù)受制于SATA接口的速度，效果表現(xiàn)一般，在加入了M.2這樣的PCI-E通道傳輸后，類似的緩存加速技術(shù)可能會有比較大的發(fā)展空間。目前，M.2接口已經(jīng)成為最有希望、發(fā)展速度最快的下一代磁盤接口，尤其在筆記本電腦、超級本等移動設(shè)備上，M.2接口更是頗受歡迎，同時還被廣泛拓展到臺式電腦甚至平板電腦等設(shè)備上。

絕對超迷你——microSSD

M.2已經(jīng)夠小了，但是對很多超級迷你的設(shè)備來說，M.2還是略微大了點(diǎn)。別急，除了M.2外，SATA-IO還制定了microSSD規(guī)范。microSSD體積甚至和美分硬幣相當(dāng)，最大容量為128GB。從技術(shù)角度來看，microSSD利用堆疊封裝技術(shù)，將控制芯片和SSD顆粒封裝在一起，從而制造超小體積的SSD芯片。這種技術(shù)能有效減少產(chǎn)品的體積，且不會損失太多性能，不過昂貴的成本和較小的使用范圍，使得它可能很難出現(xiàn)在消費(fèi)級市場上。

SATA未來的發(fā)展路標(biāo)

SATA-IO組織顯然將SATA 3.2當(dāng)作了SATA未來的發(fā)展方向，它幾乎囊括了大量的新存儲接口規(guī)范。接下來，SATA-IO在進(jìn)一步完善SATA Express的同時，還將致力于SATA Express的商業(yè)化。作為存儲業(yè)界唯一制定標(biāo)準(zhǔn)的組織，SATA-IO的標(biāo)準(zhǔn)推廣在沒有明顯的競爭對手的情況下應(yīng)該不是什么難題。對普通用戶來說，在SATA 3.2中，和普通用戶關(guān)系最大的就是SATAe和M.2兩種規(guī)范了。這兩者都將成為未來高速SSD設(shè)備的接口規(guī)范?，F(xiàn)在我們需要做的就是靜靜等待SATA新規(guī)范的產(chǎn)品上市、享受高速快感就可以了。