SATA 3.2SATA—IO组织的新规范

张寒

SATA 3.0也就是SATA 6Gbps接口推出后，SATA的发展似乎停滞了下来。一方面SSD的高速发展使得SATA接口根本满足不了SSD高速发展的需求，另一方面，机械硬盘依旧不可能达到SATA 3.0时代的标准。在这种情况下，SATA-IO组织制定了SATA 3.2标准，希望用小进步来继续推动SATA接口的前行。

SATA Revision 3.2标准是什么？从名字上来看，它肯定是SATA 3.0标准的后续版本。实际上并不完全是这样，因为SATA 3.2包含的内容要比SATA 3.0更多，尤其是在目前机械硬盘逐渐式微、SSD大行其道的情况下。从SATA-IO组织的官方说法来看，SATA 3.2的内容还是相当丰富的，其中包含了针对高速存储设备的SATA Express接口、新增加的M.2接口、全新的SATA USM接口以及一些节能和电源管理的新技术。虽然内容看起来多了很多，但其中大部分内容都是技术整理、重新规范，因此整体新内容不多。

借路的高速接口——SATA-Express

SATA-Express可以简写做SATAe。从SATA-IO相关白皮书内容来看，SATA-IO将存储系统分为三个档次，分别是SSD、SSHD（就是混合硬盘）、HDD，这三个档次的产品价格和性能是从高到低依次排序的。不过，随着技术发展，更快速的闪存颗粒的诞生、更多的存取通道的加入、更强大的控制芯片的研发，目前SSD的速度持续增长，SATA 6Gbps已经满足不了SSD性能增长的需求了。于是，SATA-IO组织需要制定更新的标准来适应发展，比如SATA 12Gbps。但这实际上并没有这么容易，因为对于串行的SATA规范来说，如果要进一步加快传输速度，不但成本较高，而且电源耗费将会更为明显，能耗会明显降低，且不够经济。

于是，SATA-IO选择了目前PC中使用最广泛的PCI-E接口作为高速SATA接口发展的目标，这就是SATA Express。为了区分不同设备的使用，SATA-IO开发出了SATA Express/AHCI和SATA Express/NVMe两种不同规格，前者用于兼容性设计，完全兼容旧式支持AHCI的设备；后者这是全新的驱动模式，用于新的SSD设备支持，用于释放更强大的传输性能，两类接口颜色设计等不尽相同，也不能互相插拔。这两种设备的最大传输速度都可以达到2GB/s，远远超过目前的SATA 6Gbps，还会随着PCI-E技术的发展而进步。

从实际性能来看，采用PCI-E 2.0×2的SATAe的有效数据传输速度达到780MB/s，即使这样，也远远高于SATA 6Gbps的有效传输速度560MB/s，超出幅度更是接近40%。这还仅仅是PCI-E 2.0的数据，目前所有SATAe的PCI-E控制器的都基于PCI-E 2.0，在明年可能会升级到PCI-E 3.0，如果带宽和估计一样翻番的话，那么至少1GB/s的实际数据带宽将成为常态，超越SATA 6Gbps的实际带宽至少100%。目前已经有厂商在开发相关SATAe的设备，不过由于英特尔不打算在9系列芯片中支持SATAe，因此目前要么使用第三方厂商的芯片，要么只有等待英特尔、AMD等厂商的下一代产品了。

待完善的通用接口——SATA USM

SATA USM是SATA-IO组织推广的新接口，它的目的是替代USB、Lighting，成为一种全新的通用传输接口。不过这项技术发展并不太顺利。主要原因除了SATA-IO推广乏力外，还有接口本身设计的问题，比如接口过长、过厚，不太适合在移动设备上使用。

之前SATA-IO组织也推广过诸如e-SATA这样的扩展接口，不过没有供电的设计使得它使用非常麻烦。SATA USM改进了这一点，提供了供电支持。它的接口分为两个部分，其中数据传输部分本身还是SATA的样式，此外还增加了独立的供电接口（基本规格与电源上扁平的SATA供电线类似），这也导致SATA USM的体积变得比较大，特别是接口长度比较长，易用性有一定程度的降低。不过这样设计的好处也很明显，那就是SATA USM接口可以直接插接目前的硬盘并读取数据。SATA USM由于设计上的问题，还需要进一步改进才能有所作为。在新的SATA Revision 3.2中，SATA-IO进一步降低了SATA USM接口的厚度，从之前的14.5mm大幅度降低至9mm。厚度虽然降低了，但长度却没有什么变化。SATA-IO还得想出办法来，才能更好地推广SATA USM了。

超轻薄设备的最爱——M.2

说起M.2接口，可能之前都一直默默无闻，突然出现在市场并迅速蹿红的它，现在已经成为了超轻薄设备的最爱。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，因此迅速得到了市场的肯定和热捧。M.2接口不仅速度快、兼容规格多，尺寸还特别小。基本款M.2接口的SSD，尺寸为42mm×22mm，在配置单面芯片时厚度仅为2.75毫米，配置双面芯片时厚度为3.85毫米。除了基准规格外，SATA-IO还推出了三种扩展规格。这三种扩展规格主要适用于更大容量的SSD产品，它们都是22mm款，但长度更长一些。最长可以达到基准M.2产品的2倍以上甚至更长。

此外，M.2接口还可以有多种体积配置可选。M.2设备在插槽处设计了两个空槽，分别称为B键锁和M键锁。其中当B键锁激活时，M.2设备可以选择使用SATA接口或者2×PCI-E 3.0接口，速度为6Gbps（600MB/s）或者2.0GB/s；当M键锁激活时，M.2设备则仅能使用2个2×PCI-E 3.0连接，速度提升到4.0GB/s。M.2本身可以面对多个应用场合，根据SATA-IO的计划，B键锁推荐给SSD、缓存或者WWAN模块使用，M键锁推荐给高性能SSD或者缓存使用。其中缓存技术主要是指诸如英特尔在Z68上就发布的Smart Response Technology固态硬盘缓存技术或者其类似技术，这项技术通过大容量SSD作为系统的缓存，能大幅度提高在系统使用过程中的数据响应速度。之前这项技术受制于SATA接口的速度，效果表现一般，在加入了M.2这样的PCI-E通道传输后，类似的缓存加速技术可能会有比较大的发展空间。目前，M.2接口已经成为最有希望、发展速度最快的下一代磁盘接口，尤其在笔记本电脑、超级本等移动设备上，M.2接口更是颇受欢迎，同时还被广泛拓展到台式电脑甚至平板电脑等设备上。

绝对超迷你——microSSD

M.2已经够小了，但是对很多超级迷你的设备来说，M.2还是略微大了点。别急，除了M.2外，SATA-IO还制定了microSSD规范。microSSD体积甚至和美分硬币相当，最大容量为128GB。从技术角度来看，microSSD利用堆叠封装技术，将控制芯片和SSD颗粒封装在一起，从而制造超小体积的SSD芯片。这种技术能有效减少产品的体积，且不会损失太多性能，不过昂贵的成本和较小的使用范围，使得它可能很难出现在消费级市场上。

SATA未来的发展路标

SATA-IO组织显然将SATA 3.2当作了SATA未来的发展方向，它几乎囊括了大量的新存储接口规范。接下来，SATA-IO在进一步完善SATA Express的同时，还将致力于SATA Express的商业化。作为存储业界唯一制定标准的组织，SATA-IO的标准推广在没有明显的竞争对手的情况下应该不是什么难题。对普通用户来说，在SATA 3.2中，和普通用户关系最大的就是SATAe和M.2两种规范了。这两者都将成为未来高速SSD设备的接口规范。现在我们需要做的就是静静等待SATA新规范的产品上市、享受高速快感就可以了。