M.2、U.2谁更好?主流硬盘接口都有哪些?

一套完整的PC需要很多个部件组成,如果在某次灾难中你只能保留一个部件,大家会选择留下哪个部分?这时候不管你的CPU多么高级,显卡多么有信仰,正常的人类应该都会选择留下硬盘吧,因为硬盘里不仅住着很多美日欧漂亮姐姐,最关键的是里面保存了你的使用记录,说的文艺点就是只有硬盘才能留住你的记忆,人要是没了记忆,跟咸鱼有什么区别(活鱼还有7秒的记忆)。

作为PC中最重要的部件之一,杯具的是硬盘还往往是最拖累系统的一部分,特别是在纯机械硬盘平台上。整套平台性能要想极大地提升,硬盘速度就不得不革命。时至今日,HDD硬盘依然是很多实体店装机的首选,但更快速的SSD已经是用过都说好,它好你也好。在这场革命中,为了实现更快的速度,硬盘的接口也在不断进化,今天的超能课堂我们就来谈谈硬盘的主流接口都有哪些。

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不同规格的硬盘上会使用不一样的接口

大家都能说出不少,不过小编还是自己先曝答案吧——如上图所示,视硬盘大小不同,硬盘接口也是多种多样的,现在能见到的至少有SATA、mSATA、M.2、SATA Express、PCI-E及U.2等,其实这些还只是一部分,因为我们没提到的还有很多,比如BGA封装的,针对外置设备的eSATA接口,企业级市场用的SAS 3.0接口,习惯独来独往的苹果甚至还定制了很多自家专属的硬盘接口。考虑到它们跟日常使用的关系不大或者你知道了也没个卵用(因为是专属的),所以我们重点介绍的是普通人见得着的接口,如下图所示:

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硬盘常见接口及特色

上述表格中一共列举了SATA 6Gbps、mSATA、SATA Express(以下简称为SATA E)、M.2、U.2及PCI-E接口,实际上每个接口下面通常还会有很多子类型,比如SATA硬盘还有1.8寸规格的,mSATA还有mSATA mini,PCI-E插槽除了常见的HHHL半高半长之外,还有全高全长、全高半长等等,不胜枚举,我们就选择最典型的吧。

下面我们再详细介绍下每个接口的规格和特点。

SATA 6Gbps接口

SATA是硬盘接口的标准规范,实际上SATA 6Gbps接口这个说法并不规范,准确的称呼是SATA III,接口速度是6Gbps而已,只是现在大家习惯这个说法了。SATA 6Gbps接口是目前最最常见的HDD/SSD硬盘接口,大部分人现在买的硬盘都在用这种接口,接口及线缆如下所示:

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从左到右分别是主板的SATA接口、硬盘接口及线缆

作为目前应用最多的硬盘接口,SATA 6Gbps接口最大的优势就是太成熟了,6Gbps的带宽虽然比起新接口的10Gbps甚至32Gbps带宽差多了,但普通2.5寸SSD也没这么高的需求,500MB/s多的读写速度也够用了,而在HDD硬盘上6Gbps带宽远远谈不上瓶颈,谁让HDD硬盘发展太慢了,速度一直没有质变。

当然,SATA 6Gbps也是有缺点的,它已经服役多年了,对新技术的支持是不够的,比如NVMe标准就不支持,而且体积相对比较大,不适应SSD日益小体积的发展趋势,6Gbps的带宽对新一代SSD来说也不够用了。

mSATA接口

既然SATA 6Gbps接口不利于SSD小型化,半高SATA设备又有点不受宠,所以针对便携设备开发的mSATA(mini SATA)接口就登场了,你可以把它看作标准SATA接口的mini版,物理接口跟mini PCI-E接口一样,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。

JEDCE定义了两种尺寸的mSATA硬盘规格,分为MO-300A和MO-300B,前者又分为mSATA mini和mSATA,其中mini硬盘长宽是30x26.8mm,mSATA尺寸是51x30mm,单面厚度约为4.85mm,而MO-300B一般是30x30mm,比较少见。

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标准的mSATA硬盘布局

mSATA接口是SSD小型化的一个重要过程,不过mSATA依然没有摆脱SATA接口的一些缺陷,比如依然是SATA通道,速度也还是6Gbps,SATA接口的潜力也就是这样了,要想进一步发展还得寻找新的手段。

M.2/NGFF接口

取代mSATA的接口是M.2接口,最初叫做NGFF,全名是Next Generation Form Factor,它可以做的比mSATA硬盘还要小巧,基本长宽只有22x42,单面厚度2.75mm,双面闪存布局也不过3.85mm厚,但M.2又有丰富的可扩展性,最长可以做到110mm,可以提高SSD容量。

此外,M.2接口可以同时支持SATA及PCI-E通道,后者更容易提高速度,早期的M.2接口使用的是PCI-E 2.0 x2通道,理论带宽10Gbps,不过在9系及100系芯片组之后,M.2接口现在全面转向PCI-E 3.0 x4通道,理论带宽达到了32Gbps,远高于之前水准,大大提升了SSD性能潜力。

有趣的是,厂商的M.2接口有的选择了CPU原生的PCI-E通道,有的是通过PCH南桥扩展出来的,我们之前也针对这两种方案做过测试,实测性能基本没有差异。详情可以参考:

直的好还是弯的好?南桥M.2与原生PCI-E接口性能测试

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M.2实际上是个庞大的规范

最后要说的是,Intel主导制定的M.2接口实际上是个庞大的总集,我们常见的M.2硬盘只是其中的一部分,根据类型和用途不同,它还有A/B/C/D/E/F/G/H/J/K/L/M之分,其中A、E两种类型常用于WiFI/BT无线模块、NFC模块、WiGig模块等,B、M可以用于SSD,而我们常见的2242/2260/2280/22110规格的M.2属于M分支的。

PCI-E接口

早在SATA接口的SSD发展之初,PCI-E接口的SSD就出现了,因为后者的优势实在太大了,其他SSD不论采用什么接口,都是从SATA向原生PCI-E走进,而PCI-E接口的SSD直接是一步到位,省去了中间过程。不过PCI-E硬盘最初多用于企业级市场,因为它需要不同的主控,性能高的同时成本也高了,消费级市场也没多少需求,只是这两年来PCI-E硬盘才在高端消费级市场上崛起。

跟显卡类似,PCI-E硬盘的规格也会根据长度、高度分为全高/半高、全长/半长等不同级别,最常见的PCI-E硬盘多是HHHL半高半长的,长度为167mm。

PCI-E接口的硬盘速度也逐渐从当初的PCI-E 2.0 x2走向了PCI-E 3.0 x4通道,速度也达到了32Gbps,可以满足未来一段时间的使用了,而且早期PCI-E硬盘不能做启动盘的问题也早解决了,现在PCI-E硬盘已经是最为高大上的选择了,旗舰级SSD大多会选择PCI-E接口。

SATA Express接口

M.2接口解决了mSATA接口的后继问题,不过SATA 6Gbps接口到底应该走向何方?在6Gbps速度之后,SATA接口要想继续提高速度已经很难了,SAS接口倒是可以把接口提高到12Gbps,但那是针对企业级市场的,对原接口做了很大变动,而且后者对成本并不敏感,但是消费级市场就不一样,要考虑到现实,对此SATA-IO给出的解决方案是SATA Express(SATA E)接口。

为了提高接口带宽,SATA E接口也放弃了SATA通道,走向了PCI-E通道,他们选择的是PCI-E x2通道,具体有PCI-E 2.0 x2或者PCI-E 3.0 x2两种选择,因此就有了10Gbps以及16Gbps两种,最初是10Gbps居多,现在的主板逐渐开始提供16Gbps的SATA E接口了,因为100系芯片组的南桥通道数量大幅提升了。

无论厂商选择PCI-E 2.0还是PCI-E 3.0方案,接口速度相对原来的6Gbps都有了明显的提升,带宽更不是瓶颈了。

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SATA E接口是2个SATA接口组合成的

SATA E的物理接口实际上是通过SATA 6Gbps接口改造的,这有点类似SAS接口,它使用了2个SATA 6Gbps接口和一个只有4pin针脚的mini版SATA接口组成,其中小接口只能接入PCI-E线,这样做的最大好处就是保持向下兼容,因为目前SATA E硬盘的数量实在是太少太少了,或者说就没见到有几款正式商用的,搞成向下兼容的接口,SATA E至少还可以当成2个SATA 6Gbps接口使用,没设备用也不会浪费。

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SATA E接口的数据线

SATA E标准推出有2年时间了,不过就目前的情况来看SATA E普及之路还非常遥远,唯一明智的就是向下兼容了SATA 6Gbps接口。

U.2/SFF-8639接口

SATA E接口取代SATA 6Gbps有点不靠谱,不过我们还有另一个选择,那就是U.2接口,它之前叫做SFF-8639,今年的台北电脑展上SF-8639接口改名为U.2接口,跟目前的M.2接口对应起来了,看这意思是希望在台机领域复制M.2接口在移动市场的成功。

U.2接口跟SATA E接口的思路差不多,都是尽可能利用现有的物理接口,但接口带宽更快,从PCI-E x2变成了PCI-E 3.0 x4,此外还增加了许多新协议支持,比如NVMe,这些都是SATA E接口不具备的(U.2其实才是SATA E的完全体)。

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U.2接口规范

U.2的设备端接口融合了SATA及SAS接口的特点,中间用针脚填满了SATA接口留下的空缺,并预留了L型防呆设计,所以可以兼容SATA、SAS及SATA E规范,主板那一端则是mini SAS(SFF-8643)接口,设备端的U.2线则是一端接在SATA电源上,一端接在U.2硬盘的数据口上。

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U.2接口的Intel 750硬盘及U.2线(来源于Anandtech网站)

U.2接口有很多优点,接口带宽达到了32Gbps,支持NVMe协议,甚至供电能力也提高了,这都有助于提高SSD性能,但U.2不好的地方在于它依然是新兴事物,很多主板目前并没有U.2接口,而且U.2接口的消费级硬盘少的可怜,目前正式开卖的也只有Intel的750系列。

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通过U.2转接卡可将U.2硬盘当成M.2硬盘使用

如果想在普通主板上用U.2硬盘,那么最好的选择是U.2转M.2转接卡,华硕、微星、华擎都出过这样的小配件,支持U.2转为M.2接口,只要M.2接口也是32Gbps带宽的,这种转接是不会有性能损失的。

总结:

这么多接口,到底谁能主宰浮沉?小编在每个接口的介绍中都加入了自己的点评,SATA 6Gbps规格上已经落伍,但廉颇岁老,吃饭还是可以的,普通用户对性能的要求谈不上苛刻,SATA 6Gbps很长一段时间内都将是最主要的选择。

mSATA不用说了,已经被淘汰了,M.2接口现在风头最劲,不仅在移动平台占据主要位置,随着32Gbps的M.2接口在100系主板上的普及,它在桌面平台也越来越流行。

PCI-E显卡虽然要占据一个显卡插槽位,但它的优势非常明显,对主板没有特殊要求,在高端市场上依然会占有一席之地。

SATA E接口未老先衰,到今天为止只剩下尴尬了,小编对这个接口一点也不看好,恐怕它等不到自己的春天了。

U.2接口各种高大上,不论性能还是新技术支持都走在了前列,它被众人看好会成为SATA 6Gbps接口之后的新王者,不过小编可没这么乐观,私以为U.2接口还缺少关键吸引力,现在主板的支持力度还是太小了。

如果U.2与M.2接口只能有一个胜出,小编认为M.2接口优势更大,因为现在的M.2接口速度和技术都不输U.2接口,厂商的支持力度更高,而且U.2硬盘直接安装在主板上,不需要2.5寸硬盘位,也少了理线的麻烦。其潜在的缺点在于硬盘容量可能比不上U.2硬盘,毕竟体积小很多,但以目前的SSD价格来看,这根本不是问题。

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