為什么固態(tài)硬盤要采用PCI-E接口　　

在計算機發(fā)展的這60年中，從最初的打孔卡到今天的固態(tài)硬盤，存儲介質(zhì)發(fā)生了翻天覆地的變化。近幾年固態(tài)硬盤更是發(fā)展迅速，隨著固態(tài)硬盤生產(chǎn)工藝以及用戶對讀寫速度的追求，越來越多的中高端SSD開始選擇PCI-E接口來進行SSD與主板的對接。在本篇文章中筆者將詳細介紹SATA通道與PCI-E通道固態(tài)硬盤的優(yōu)缺點，讓大家在裝機選擇固態(tài)硬盤時做到心中有數(shù)，按需購買。

為什么要采用PCI-E通道？

那么為什么固態(tài)硬盤要舍棄SATA 3.0接口而要采用PCI-E接口呢？我們先來了解一下兩種接口硬盤的工作原理：在傳統(tǒng)SATA硬盤中，當我們進行數(shù)據(jù)操作時，數(shù)據(jù)會先從硬盤讀取到內(nèi)存，再將數(shù)據(jù)提取至CPU內(nèi)部進行計算，計算后寫入內(nèi)存，存儲至硬盤中；而PCI-E就不一樣了，數(shù)據(jù)直接通過總線與CPU直連，接近最大的傳輸速度，最大的數(shù)據(jù)量，省去了內(nèi)存調(diào)用硬盤的過程。簡單的說，我們可以把兩種通道理解成兩輛相同的汽車，PCI-E通道的汽車就像是在高速上行駛，而SATA通道的汽車就像是在崎嶇山路上行駛，你說哪個速度快？

　　▲不同接口固態(tài)硬盤速度表

從上圖中我們可以看到，目前主流的SATA 3.0通道的最大傳輸速度為6Gbps，實際速度最大為560MB/s，SATA通道已經(jīng)無法滿足固態(tài)硬盤日益增長的讀寫速度，所以PCI-E固態(tài)硬盤應(yīng)運而生。

但是有些讀者可能有疑問，為什么我的固態(tài)硬盤是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。這個接口很特殊，同時支持SATA和PCI-E兩個通道，很容易讓人誤解。其實并不是所有的M.2固態(tài)硬盤讀寫速度都很快，如果是采用SATA通道的M.2接口固態(tài)硬盤，讀寫速度不會超過550MB/s。還要注意的是，主板廠商的M.2接口有的選擇了CPU原生的PCI-E通道，有的是通過PCH南橋擴展出來的，這可能對固態(tài)硬盤的速度產(chǎn)生影響。

2PCI-E協(xié)議與速度優(yōu)勢AHCI與NVMe協(xié)議

說完接口，我們再來聊兩種固態(tài)硬盤的協(xié)議。就好像IDE總要走到頭，AHCI似乎也出現(xiàn)了瓶頸?，F(xiàn)在所用的SATA接口與AHCI標準其實是為高延時的機械硬盤而設(shè)計的，目前主流固態(tài)硬盤依然繼續(xù)使用它們，早期固態(tài)硬盤性能不高時可能還不覺得有什么問題，但是隨著固態(tài)硬盤的性能逐漸增強，這些標準已經(jīng)成為限制固態(tài)硬盤的一大瓶頸，專為機械硬盤而設(shè)計的AHCI標準并不太適合低延時的固態(tài)硬盤。

　　▲圖片來自互聯(lián)網(wǎng)

NVMe的一大優(yōu)勢就是低延遲。這主要是因為流線型的存儲堆棧，NVMe無需讀取寄存器就可以發(fā)出命令。AHCI的每個命令都需要讀取4個不可緩存寄存器，從而導致大約2.5μs的額外延遲。低延時和良好的并行性的優(yōu)勢就是可以讓SSD的隨機性能得到大幅度提升，在任何隊列深度下都能發(fā)揮出極佳的速度。

NVMe對固態(tài)硬盤的IOPS性能提升也比較大。因為在制定AHCI規(guī)范時，并行性的想法沒有完全加入到規(guī)范內(nèi)，利用NCQ功能可以對傳輸能力進行優(yōu)化，但是接口并不允許SSD真正最大限度地發(fā)揮其應(yīng)有的并行性。此外，對于移動設(shè)備用戶來言，使用NVMe存儲設(shè)備可以對電池續(xù)行起到很大幫助。NVMe加入了自動功耗狀態(tài)切換和動態(tài)能耗管理功能，設(shè)備從能耗狀態(tài)0閑置50ms后可以迅速切換到能耗狀態(tài)1，在500ms閑置后又會進入能耗更低的狀態(tài)2。雖然切換能耗狀態(tài)會產(chǎn)生短暫延遲，但閑置時這兩種狀態(tài)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接口固態(tài)硬盤也擁有較大優(yōu)勢。

速度對比

下面我們看一下兩種固態(tài)硬盤速度對比：

　　▲左圖為SATA固態(tài)硬盤，右圖為PCI-E固態(tài)硬盤

兩者的AS SSD跑分速度差距明顯，無論是連續(xù)讀寫、還是4K測試，PCI-E固態(tài)硬盤都遠遠領(lǐng)先SATA固態(tài)硬盤，綜合得分PCI-E固態(tài)硬盤高出SATA固態(tài)硬盤三倍有余。

3普通用戶裝機時應(yīng)該如何選擇　　說了這么多，有些讀者可能有些迷糊，為了幫助大家理解，筆者將各種接口以及速度對比繪制成表格，這樣就可以一目了然。

　　▲不同接口固態(tài)硬盤協(xié)議

選購建議:

雖然PCI-E固態(tài)硬盤有諸多好處，但也不是每個人都適合。PCI-E固態(tài)硬盤由于閃存顆粒和主控品質(zhì)問題，總體成本較高。相比傳統(tǒng)SATA固態(tài)硬盤價格貴很多，比如500GB SATA固態(tài)硬盤價格大概在六七百元，而同容量的PCI-E固態(tài)硬盤價格至少2000元以上。另外，由于PCI-E會占用總線通道，入門以及中端平臺CPU通道數(shù)較少，都不太適合添加PCI-E固態(tài)硬盤，只有Z170，或者是X79、X99這樣頂級平臺，才可以完全發(fā)揮PCI-E固態(tài)硬盤的性能。對于雙顯卡用戶，采用PCI-E固態(tài)硬盤會對顯卡性能造成一些影響，不過影響不大?？偟膩碚f，如果你是一個不差錢的土豪，那么就選PCI-E固態(tài)硬盤吧！但如果你的整體平臺屬于中低端，選一款普通的SATA固態(tài)硬盤也就足夠了。