SATA Express

SATA Express是一種基於SATA和PCI Express而來的高速電腦匯流排，用於SATA、PCIe儲存裝置，最初是作為SATA 3.2版標準發表。來歷.可用性.最初內建SATA Express控制器的是英特爾於2014年的9系列PCH晶片組。不過，2013年11月華碩釋出了帶有SATA Express連線埠的「Z87-Deluxe/SATA Express」主機板，使用一顆由祥碩科技提供的SATA/PCIE分配晶片ASM106SE和相應的多工器晶片支援，不過這款主機板僅在2014年的CES消費電子展上展出以後便無任何推出市場的計劃了。2014年4月，華碩公開展示了一種準量產型的SATA Express硬體，並支援華碩稱為「帶獨立展頻時鐘的分立式基準時脈」特性。SRIS的要點在於在SATA Express儲存裝置上增加一個用於資料訊號傳輸的時鐘發生器，在主機板的韌體上予以額外支援，來降低SATA Express資料連線線傳輸同步PCIe匯流排訊號時遮蔽的技術需求，並降低輻射。2014年5月，首批使用Z97和H97晶片組的主機板上架販售，不少主機板不僅提供了SATA Express連線埠，還提供了M.2插槽。Z97和H97為每個SATA Express連線埠各提供了PCIe 2.0 ×2規格的PCIe通道，每個SATA Express裝置可擁有1GB/s的頻寬。不過這兩款晶片組的主機板都主要用於高階效能機桌上型平臺，對一般主流級市場影響不大。而極致效能級桌機平臺上，英特爾於2014年8月推出了支援SATA Express的X99晶片組。X99主機板上SATA Express介面的PCIe通道仍由X99 PCH提供，而M.2插槽的PCIe通道則是視主機板廠商而定，可從X99 PCH上引出兩條PCIe 2.0通道，也可從LGA 2011-v3插槽的處理器上引出最多4條PCIe 3.0通道，來供M.2插槽使用。AMD則於2017年發表了Socket AM4和Socket SP3(r2)/LGA 4094處理器平臺，內建SATA Express控制器。使用度.SATA Express的推廣使用上，分為兩種情況。單就SATA Express控制器本身而言是算成功的，至2017年推出的主機板晶片組、x86 CPU/SoC均有支援。然而就SATA Express物理介面上來說則是相當的失敗，以至於SATA Express協定被NVMe協定取代，SATA Express物理介面也被後續者M.2和U.2取代，載有SATA Express物理介面的主機板可謂是相當的少，早期甚至連驅動程式也欠奉；至於SATA Express物理介面的儲存裝置也可謂寥寥無幾。2015年SATA Express釋出了一種相容SAS、PCI Express x4、SATA匯流排的的U.2聯結器介面，U.2更多用於伺服器等企業應用場合。特性.SATA Express本身配備了新的物理連線介面，連線埠可向下相容原有SATA標準的SATA連線線插頭，而實際上SATA Express是使用兩條PCIe通道傳輸資料，其對應的連線埠幾乎相當於一個特化的PCIe ×2插槽，所以基於SATA Express的儲存裝置是透過PCIe匯流排與SATA Express控制器進行通訊的。不像此前的數個SATA標準，由於固態硬碟機提升多倍的匯流排頻寬，SATA 3.2選擇使用PCIe和SATA共用技術標準。不過相比原來的SATA標準來說，為了能在PCIe匯流排上執行而修改了大量的技術引數標準，而為了相容舊有的SATA，運作時功耗又會比只使用PCIe匯流排的控制器要高。選擇與PCIe走在一起的另一個原因是，作為一個可廣泛適配的電腦匯流排，PCIe可在提供足夠的頻寬的同時，還能透過增加PCIe通道數來達成成倍頻寬提升。此外，因為SATA Express支援原來在SATA邏輯介面層，對NVMe的支援則可全力發揮PCIe儲存裝置的功能與效能，像是大量I/O操作的並列化執行。SATA Express介面同時支援PCIe儲存裝置和SATA儲存裝置，其物理連線介面佔用兩條PCIe 2.0/3.0通道和兩個SATA 3.0，主機和儲存裝置之間的連線是純PCIe匯流排連線的，不需要額外的匯流排抽象層。 2013年8月的SATA 3.2版本規範中，正式將SATA Express匯流排標準推出，並公佈其硬體規格以及電氣特性引數。SATA Express選擇使用PCIe，使得其效能可以透過多條並列的或是更高版本的PCIe匯流排來獲得效能的提升。舉個例子，使用PCIe 2.0 ×2時，可在8b/10b編碼及2×5 GT/s的吞吐量時獲得1GB/s的頻寬；而使用PCIe 3.0 ×2時，同樣通道下使用128b/130b編碼、2×8 GT/s的吞吐量時可獲得接近2 GB/s僅擁有0.6 GB/s的頻寬，使用的是效率相對較低的8b/10b編碼。執行模式.對於SATA Express控制器和其連線的儲存裝置，它們可使用3種不同的邏輯裝置介面和命令集：傳統SATA.用於向下相容傳統的SATA裝置、SATA Express控制器提供的SATA 3.0連線埠。使用AHCI的PCI Express.一來是用於使用PCIe匯流排並透過AHCI邏輯介面與主機連線的PCIe SSD；而二來是在作業系統中以相容性為目的，提供非效能最佳化，以廣泛使用的SATA模式，不同於旋轉儲存媒介。使用NVMe的PCI Express.用於使用PCIe匯流排並透過NVMe邏輯裝置介面與主機連線的PCIe SSD。NVMe是一種轉為快閃記憶體設計的高效能、可擴充套件的主機控制器介面，其高效能主要在於低延時和I/O操作的並列性，現代CPU、系統平臺及應用均可受益。相比AHCI，NVMe提供在主機硬體和軟體可支援的情況下提供原生的儲存並行性支援，更少的資料儲存層級、更深的命令佇列和更高效的中斷處理。物理介面.SATA Express原生物理介面.共有五種物理是SATA Express可用的，取決於裝置的用途：這五種SATA Express物理聯結器僅提供兩個PCIe通道沒有廠商願意推出搭載這類聯結器的主機板或裝置，相容SATA介面的設計也能保證其可用性及重用性。U.2和M.2.事實上SATA-IO並不滿足於讓SATA Express僅支援到PCIe x2的規格。SFF-8639聯結器規格的頻寬，同時保有SATA等舊型匯流排的間接相容性。因針腳定義相同，SATA Express也可直接使用M.2物理介面來實現板上連線，而市面上也有M.2與U.2的被動轉接器販售。也有SATA Express裝置直接採用PCIe物理規格的例子。U.2支援熱插拔而M.2不支援熱插拔；U.2可使用3.3V電源電壓和12V電源電壓，而M.2只能使用3.3V電源電壓；M.2可應用於固態硬碟、無線網絡卡等裝置，而U.2僅用於2.5英吋固態硬碟。下表簡略展示SATA Express不同聯結器之間的相容度：相容度.SATA Express向下相容是裝置層級的，只要儲存裝置支援SATA均可使用；而PCIe模式，只要主機板晶片組/SoC有SATA Express控制器，也只需裝置支援即可正確開啟。不過無論是何種模式，仍然需要作業系統驅動程式的支援。機械引數上，無論是原生SATA Express聯結器還是U.2聯結器，針腳的功能設定類似於USB 3.0向下相容USB 2.0的做法，原生SATA Express在兩個舊型SATA 7針聯結器的基礎上另外新增了其它PCIe所需針腳位，也因此可讓舊型SATA資料傳輸線適配；如果主機板上配備了M.2連線埠，除了使用M.2規格的裝置以外，也可透過被動轉接器使用U.2的裝置而無頻寬損失。軟體層面上，作業系統只要有AHCI驅動程式即可開啟SATA Express的SATA模式需要額外的驅動程式方能支援。雖然一些支援NVMe的SSD有相容模式以便安裝舊版作業系統，不過像是Intel 600p這樣的SSD，本身無AHCI相容模式支援的，需要在載入NVMe驅動的情況下安裝舊版作業系統。