SATA 3.2SATA—IO組織的新規范

張寒

SATA 3.0也就是SATA 6Gbps接口推出后，SATA的發展似乎停滯了下來。一方面SSD的高速發展使得SATA接口根本滿足不了SSD高速發展的需求，另一方面，機械硬盤依舊不可能達到SATA 3.0時代的標準。在這種情況下，SATA-IO組織制定了SATA 3.2標準，希望用小進步來繼續推動SATA接口的前行。

SATA Revision 3.2標準是什么？從名字上來看，它肯定是SATA 3.0標準的后續版本。實際上并不完全是這樣，因為SATA 3.2包含的內容要比SATA 3.0更多，尤其是在目前機械硬盤逐漸式微、SSD大行其道的情況下。從SATA-IO組織的官方說法來看，SATA 3.2的內容還是相當豐富的，其中包含了針對高速存儲設備的SATA Express接口、新增加的M.2接口、全新的SATA USM接口以及一些節能和電源管理的新技術。雖然內容看起來多了很多，但其中大部分內容都是技術整理、重新規范，因此整體新內容不多。

借路的高速接口——SATA-Express

SATA-Express可以簡寫做SATAe。從SATA-IO相關白皮書內容來看，SATA-IO將存儲系統分為三個檔次，分別是SSD、SSHD（就是混合硬盤）、HDD，這三個檔次的產品價格和性能是從高到低依次排序的。不過，隨著技術發展，更快速的閃存顆粒的誕生、更多的存取通道的加入、更強大的控制芯片的研發，目前SSD的速度持續增長，SATA 6Gbps已經滿足不了SSD性能增長的需求了。于是，SATA-IO組織需要制定更新的標準來適應發展，比如SATA 12Gbps。但這實際上并沒有這么容易，因為對于串行的SATA規范來說，如果要進一步加快傳輸速度，不但成本較高，而且電源耗費將會更為明顯，能耗會明顯降低，且不夠經濟。

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接口發展的目標，這就是SATA Express。為了區分不同設備的使用，SATA-IO開發出了SATA Express/AHCI和SATA Express/NVMe兩種不同規格，前者用于兼容性設計，完全兼容舊式支持AHCI的設備；后者這是全新的驅動模式，用于新的SSD設備支持，用于釋放更強大的傳輸性能，兩類接口顏色設計等不盡相同，也不能互相插拔。這兩種設備的最大傳輸速度都可以達到2GB/s，遠遠超過目前的SATA 6Gbps，還會隨著PCI-E技術的發展而進步。

從實際性能來看，采用PCI-E 2.0×2的SATAe的有效數據傳輸速度達到780MB/s，即使這樣，也遠遠高于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的數據，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的實際數據帶寬將成為常態，超越SATA 6Gbps的實際帶寬至少100%。目前已經有廠商在開發相關SATAe的設備，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。不過這項技術發展并不太順利。主要原因除了SATA-IO推廣乏力外，還有接口本身設計的問題，比如接口過長、過厚，不太適合在移動設備上使用。

之前SATA-IO組織也推廣過諸如e-SATA這樣的擴展接口，不過沒有供電的設計使得它使用非常麻煩。SATA USM改進了這一點，提供了供電支持。它的接口分為兩個部分，其中數據傳輸部分本身還是SATA的樣式，此外還增加了獨立的供電接口（基本規格與電源上扁平的SATA供電線類似），這也導致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據。SATA USM由于設計上的問題，還需要進一步改進才能有所作為。在新的SATA Revision 3.2中，SATA-IO進一步降低了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，突然出現在市場并迅速躥紅的它，現在已經成為了超輕薄設備的最愛。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、兼容規格多，尺寸還特別小。基本款M.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。除了基準規格外，SATA-IO還推出了三種擴展規格。這三種擴展規格主要適用于更大容量的SSD產品，它們都是22mm款，但長度更長一些。最長可以達到基準M.2產品的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設備在插槽處設計了兩個空槽，分別稱為B鍵鎖和M鍵鎖。其中當B鍵鎖激活時，M.2設備可以選擇使用SATA接口或者2×PCI-E 3.0接口，速度為6Gbps（600MB/s）或者2.0GB/s；當M鍵鎖激活時，M.2設備則僅能使用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用場合，根據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。其中緩存技術主要是指諸如英特爾在Z68上就發布的Smart Response Technology固態硬盤緩存技術或者其類似技術，這項技術通過大容量SSD作為系統的緩存，能大幅度提高在系統使用過程中的數據響應速度。之前這項技術受制于SATA接口的速度，效果表現一般，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可能會有比較大的發展空間。目前，M.2接口已經成為最有希望、發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備上。

絕對超迷你——microSSD

M.2已經夠小了，但是對很多超級迷你的設備來說，M.2還是略微大了點。別急，除了M.2外，SATA-IO還制定了microSSD規范。microSSD體積甚至和美分硬幣相當，最大容量為128GB。從技術角度來看，microSSD利用堆疊封裝技術，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。這種技術能有效減少產品的體積，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在消費級市場上。

SATA未來的發展路標

SATA-IO組織顯然將SATA 3.2當作了SATA未來的發展方向，它幾乎囊括了大量的新存儲接口規范。接下來，SATA-IO在進一步完善SATA Express的同時，還將致力于SATA Express的商業化。作為存儲業界唯一制定標準的組織，SATA-IO的標準推廣在沒有明顯的競爭對手的情況下應該不是什么難題。對普通用戶來說，在SATA 3.2中，和普通用戶關系最大的就是SATAe和M.2兩種規范了。這兩者都將成為未來高速SSD設備的接口規范。現在我們需要做的就是靜靜等待SATA新規范的產品上市、享受高速快感就可以了。