為什么固態硬盤要采用PCI-E接口
在計算機發展的這60年中，從最初的打孔卡到今天的固態硬盤，存儲介質發生了翻天覆地的變化。近幾年固態硬盤更是發展迅速，隨著固態硬盤生產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通道固態硬盤的優缺點，讓大家在裝機選擇固態硬盤時做到心中有數，按需購買。
為什么要采用PCI-E通道？
那么為什么固態硬盤要舍棄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SATA硬盤中，當我們進行數據操作時，數據會先從硬盤讀取到內存，再將數據提取至CPU內部進行計算，計算后寫入內存，存儲至硬盤中；而PCI-E就不一樣了，數據直接通過總線與CPU直連，接近最大的傳輸速度，最大的數據量，省去了內存調用硬盤的過程。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通道已經無法滿足固態硬盤日益增長的讀寫速度，所以PCI-E固態硬盤應運而生。
但是有些讀者可能有疑問，為什么我的固態硬盤是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固態硬盤讀寫速度都很快，如果是采用SATA通道的M.2接口固態硬盤，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，這可能對固態硬盤的速度產生影響。
2PCI-E協議與速度優勢AHCI與NVMe協議
說完接口，我們再來聊兩種固態硬盤的協議。就好像IDE總要走到頭，AHCI似乎也出現了瓶頸。現在所用的SATA接口與AHCI標準其實是為高延時的機械硬盤而設計的，目前主流固態硬盤依然繼續使用它們，早期固態硬盤性能不高時可能還不覺得有什么問題，但是隨著固態硬盤的性能逐漸增強，這些標準已經成為限制固態硬盤的一大瓶頸，專為機械硬盤而設計的AHCI標準并不太適合低延時的固態硬盤。
▲圖片來自互聯網
NVMe的一大優勢就是低延遲。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揮出極佳的速度。
NVMe對固態硬盤的IOPS性能提升也比較大。因為在制定AHCI規范時，并行性的想法沒有完全加入到規范內，利用NCQ功能可以對傳輸能力進行優化，但是接口并不允許SSD真正最大限度地發揮其應有的并行性。此外，對于移動設備用戶來言，使用NVMe存儲設備可以對電池續行起到很大幫助。NVMe加入了自動功耗狀態切換和動態能耗管理功能，設備從能耗狀態0閑置50ms后可以迅速切換到能耗狀態1，在500ms閑置后又會進入能耗更低的狀態2。雖然切換能耗狀態會產生短暫延遲，但閑置時這兩種狀態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接口固態硬盤也擁有較大優勢。
速度對比
下面我們看一下兩種固態硬盤速度對比：
▲左圖為SATA固態硬盤，右圖為PCI-E固態硬盤
兩者的AS SSD跑分速度差距明顯，無論是連續讀寫、還是4K測試，PCI-E固態硬盤都遠遠領先SATA固態硬盤，綜合得分PCI-E固態硬盤高出SATA固態硬盤三倍有余。
3普通用戶裝機時應該如何選擇 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。
▲不同接口固態硬盤協議
選購建議:
雖然PCI-E固態硬盤有諸多好處，但也不是每個人都適合。PCI-E固態硬盤由于閃存顆粒和主控品質問題，總體成本較高。相比傳統SATA固態硬盤價格貴很多，比如500GB SATA固態硬盤價格大概在六七百元，而同容量的PCI-E固態硬盤價格至少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通道數較少，都不太適合添加PCI-E固態硬盤，只有Z170，或者是X79、X99這樣頂級平臺，才可以完全發揮PCI-E固態硬盤的性能。對于雙顯卡用戶，采用PCI-E固態硬盤會對顯卡性能造成一些影響，不過影響不大。總的來說，如果你是一個不差錢的土豪，那么就選PCI-E固態硬盤吧！但如果你的整體平臺屬于中低端，選一款普通的SATA固態硬盤也就足夠了。
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