固態(tài)硬盤接口分類及特點分析

馬偉強

（河南應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學院信息工程學院 河南省鄭州市 450042）

固態(tài)硬盤，簡稱SSD（Solid State Disk 或Solid State Drive）是采用固態(tài)電子存儲芯片陣列制成的硬盤，自第一款固態(tài)硬盤出現(xiàn)至今30 多年來，人們?yōu)榱说玫襟w積小、傳輸速率更快的固態(tài)硬盤，對固態(tài)硬盤的制作工藝及接口標準進行了不斷的嘗試和更新。固態(tài)硬盤的尺寸從傳統(tǒng)的2.5 寸發(fā)展到目前只有一個硬幣大小。重量從原來250 克以上發(fā)展到目前小于10 克，接口種類從傳統(tǒng)的SATA[1]接口，發(fā)展到mSATA，M.2[2]，SATA Express，SAS，PCI-E，U.2接口。本文著重從固態(tài)硬盤接口分類及不同接口固態(tài)硬盤的特點進行詳細分析。

1 固態(tài)硬盤接口分類

目前市場上常見的固態(tài)硬盤接口分類如表1。

表1 列出的固態(tài)硬盤常見接口中SATA 是最常見的固態(tài)硬盤接口，mSATA、M.2 接口的固態(tài)硬盤體積小、重量輕，筆記本電腦常用。SATA Express 接口的固態(tài)硬盤使用不多。SAS 接口硬盤多于企業(yè)級（服務(wù)器）硬盤接口，PCI-E[3]固態(tài)硬盤類似顯卡需要插入主板插槽使用。U.2 接口可支持多種型號固態(tài)硬盤，下面就各種固態(tài)硬盤接口及特點進行詳細說明。

2 SATA接口

SATA 接口，簡稱串口，一種基于行業(yè)標準的串行硬件驅(qū)動器接口。SATA 接口支持熱插拔，傳輸速度快，是當前大多數(shù)機械硬盤和固態(tài)硬盤的主流接口。SATA 接口按照連續(xù)串行的方式傳送數(shù)據(jù)，每次傳送1 位數(shù)據(jù)。與老式IDE 接口相比SATA 接口的針腳數(shù)目大幅減少，傳輸速度快、效率高。SATA 四根連線分別連接電纜、連接地線、發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)，這樣的架構(gòu)減少了系統(tǒng)能耗和系統(tǒng)復雜性。目前SATA 固態(tài)硬盤盤體尺寸為2.5 寸，長度有半高、全高二種。SATA 接口是使用最廣的硬盤接口，SATA 接口的版本標準也在不斷更新。目前最新的是Serial ATA Revision 3.4 Specification[4]。

3 mSATA接口

mSATA 是mini-SATA 的簡寫，又稱迷你版本SATA 接口，mSATA 接口固態(tài)硬盤，體積更小，重量更輕，多用于筆記本電腦，新的臺式機主板也會提供這種接口。mSATA[5]接口固態(tài)硬盤長度有兩種，一種是全高尺寸M50 mSATA 和半高尺寸M30 mSATA 的。固態(tài)硬盤mSATA 接口的推出是固態(tài)硬盤（SSD）小型化的一個重要過程。該接口有52 個引腳，硬盤正面引腳單數(shù)1、3 到51，硬盤背面引腳雙數(shù)2、4 到52。

4 M.2接口

M.2 接口，是一種替代MSATA 新的接口規(guī)范，M.2 接口固態(tài)硬盤尺寸更小，傳輸性能更高。M.2 接口有兩種類型：Socket 2（B key-ngff[6]）和Socket 3（M key-nvme[7]）。

M.2 Specification Revision 1.0 標準中M.2 SSD 主要有四種尺寸：

（1）2242 寬度22mm，長度42mm，key 位B 和M；

（2）2260 寬度22mm，長度60mm；key 位M；

（3）2280 寬度22mm，長度80mm，key 位B 和M；

（4）22110 寬度22mm，長度110mm，key 位B 和M。

M.2 固態(tài)硬盤Socket 2（B key-ngff）接口和Socket 3（M keynvme）固態(tài)硬盤接口不同在于Socket 2（B key-ngff）接口使用是SATA 協(xié)議，接口針腳處有兩個凹，三段金手指；Socket 3（M keynvme）接口使用NVME 協(xié)議則是一個凹，兩段金手指。同樣是M.2接口NVME 協(xié)議接口固態(tài)硬盤傳輸速度更快。

5 SATA Express接口

SATA Express 接口，簡稱SATAE 接口，其接口由一字排開的三部分組成，包括兩個SATA3 接口和一個4pin 針腳的mini 版SATA 專用接口。該接口能兼容SATA 標準的老硬盤。目前市場上SATA-Express 接口固態(tài)硬盤很少見，該接口可通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接線實現(xiàn)與其他接口轉(zhuǎn)換。

表1：固態(tài)硬盤常見接口分類表

6 SAS接口

SAS 接口即串行連接SCSI 接口，SAS 的接口看起來和SATA類似，但SAS 具有良好的兼容性。SAS 接口可以連接雙端口、高性能的SAS 驅(qū)動器，也可以連接高容量常見的SATA 驅(qū)動器。SAS支持3 種類型協(xié)議，根據(jù)連接的設(shè)備使用相應(yīng)的協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸。其中傳統(tǒng)的串行SCSI 協(xié)議(SSP)用于傳輸SCSI 命令，SCSI 管理協(xié)議(SMP)用于對連接設(shè)備的維護和管理，該協(xié)議使得該接口支持傳統(tǒng)SCSI 硬盤；SATA 通道協(xié)議(STP)用于SAS 和SATA 之間數(shù)據(jù)的傳輸，使得SAS 接口可已實現(xiàn)SAS 接口和SATA 接口兼容。在上述3 種協(xié)議的支持下，SAS 接口設(shè)備和SATA 接口設(shè)備以及部分SCSI 設(shè)備可以互相支持兼容傳輸數(shù)據(jù)。SAS 接口既支持機械硬盤（一般為高速機械盤）又支持固態(tài)硬盤，SAS 硬盤多屬于企業(yè)級（服務(wù)器）用硬盤。

SAS 接口和SATA 接口類似，區(qū)別就在于中間是否存在缺口。SATA 接口，信號區(qū)和電源區(qū)之間是分離的，中間存在缺口。SAS接口中間沒有缺口，并且在此基礎(chǔ)上增加了一組傳輸信號。這組新增加的信號是用來實現(xiàn)SAS 雙端口功能的。SAS 硬盤驅(qū)動器的接口，其規(guī)范是FF-8482[8]。它采用硬鍵鎖定式設(shè)計，以防止SAS 插到SATA 驅(qū)動器系統(tǒng)中。

7 PCI-E接口

PCI-Express 是一種高速串行計算機擴展總線標準。PCI-E 總線將替代舊的PCI，PCI-X 和AGP 總線標標準。

PCI-E x16 插槽分為前后兩部分，短的插槽部分有22 根針腳，主要用于供電，長的插槽142 根，主要用于數(shù)據(jù)傳輸。PCI-E x16插槽全長89mm，164 根針腳。PCI-E x16 主要用于對傳輸速度要求較高的顯卡以及RAID 陣列卡等，這個插槽擁有優(yōu)良的兼容性，可以向下兼容x1/x4/x8 級別的設(shè)備。

PCI-E x8 插槽全長56mm，有98 根針腳，多數(shù)位于第二條和第三條。

PCI-E x4 插槽或者用于PCI-E SSD 固態(tài)硬盤，或者是通過PCI-E 轉(zhuǎn)接卡安裝的M.2 SSD 固態(tài)硬盤。

PCI-E x1 插槽的長度最短。PCI-E x1 插槽主要用途是用于插入獨立網(wǎng)卡、獨立聲卡、USB 3.0/3.1 擴展卡等。PCI-E x1 是用來替代原來的PCI 設(shè)備的，PCI-E 固態(tài)硬盤要插入PCI-E 插槽，因PCI-E固態(tài)硬盤高速讀寫時會發(fā)熱，一般會加散熱板。為了更高的兼容各類硬盤，市場推出了固態(tài)硬盤轉(zhuǎn)接卡M.2（NGFF、NVME）和PCIE 互相轉(zhuǎn)換。

8 U.2接口

U.2 接口即U.2 SFF-8639[9]接口，U.2 接口是一種是一款68針驅(qū)動器接口，特色是高速低延遲低功耗，具有更高的信號質(zhì)量，可支持12Gb/s SAS 和Gen3 x4 PCIe 或PCI Express NVMe。U.2 接口可以集成到多個驅(qū)動器的線路板上，也可以集成到單個驅(qū)動器“T-Card”適配器上。這種接口可以支持多端口SAS，最多4 個Lane 的PCIE 總線。

U.2 接口主機端（HOST）和設(shè)備端（DEVICE）接口有所不同，主機端體現(xiàn)為mini SAS（SFF-8643[10])接口，設(shè)備端包含電源接頭及U.2 硬盤的數(shù)據(jù)接口，U.2 的固態(tài)硬盤接口接兼容SATA、SAS及SATA E 規(guī)范。U.2 接口的最大特色就是支持NVME 標準協(xié)議，高速低延遲低功耗，帶寬走PCI-E 3.0 x4。

目前，在U.2 SFF-8639 接口基礎(chǔ)上又推出了SFF-TA-1001[11]接口稱為U.3 接口，SFF-TA-1001 接口兼容SAS/SATA/NVMe SSD，支持NVMe 1.4 協(xié)議，最高PCIe 4.0 x4 通道、并可選PCIe 2x2、1x4通道配置，與傳統(tǒng)8639單端口不同，SFF-TA-1001 U.3接口，支持單端口和雙端口可靠性和冗余性更佳。

9 結(jié)束語

為了使用戶在不拆機的情況下，能夠確認自己硬盤的接口、傳輸速率等各項詳細指標，推薦大家使用二款硬盤測試軟件，HDTune硬盤測試軟件和CrystalDiskInfo硬盤驅(qū)動器狀態(tài)監(jiān)視程序。通過運行軟件可以看到硬盤序列號、接口、傳輸模式、傳輸速率等各項指標。目前市場上使用最多的是SATA 固態(tài)盤，筆記本電腦固態(tài)硬盤多使用mSATA、M.2 接口。當前新推出的電腦主板支持多種硬盤接口，不同類型接口的固態(tài)硬盤還可通過各種轉(zhuǎn)接卡、連接線進行接口轉(zhuǎn)換。