SSD 不卡彈，新介面 SATA Express 解開速度限制， 1GB/s 起跳兼容老 SATA

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PCI-E提升時脈同樣卡彈

PCI-E匯流排介面是由PCI-SIG組織引導制定，於2002年頒布PCI-E 1.0規範，當前普遍採用規格為2.0與3.0版本，分別應用在主機板南橋（或Intel PCH）、北橋（目前大多整合在處理器內）。其特性是具備通道配置彈性，得以將數條合併成大頻寬介面，供應給不同類型硬體設備使用。

SATA Express基本採用規格是PCI-E 2.0，其工作時脈高達5GHz，單條通道即具有4Gbps資料傳輸速率。至於未來的PCI-E 3.0，雖然具有PCI-E 2.0規範的2倍頻寬，時脈卻非整整2倍。因為PCI-SIG同樣面臨時脈提升的難度，若要倍增設計複雜度與成本將是一大考驗，故選擇更改資料傳輸編碼架構來克服。

過去規範皆採用8b/10b編碼架構，其中20％用來傳遞必要的校驗碼，實際可用來傳遞資料的頻寬折損率偏高。以此為基準來換算PCI-E 3.0理論頻寬會是800MB/s，只比PCI-E 2.0高出60％，無法順利提升2倍。PCI-SIG因而改採用效率更高的128b/130b方案，每130bit編碼資料中校驗碼只占2bit，讓傳輸頻寬得以倍增到1GB/s。

規格提升跟著PCI-SIG走

SATA-IO依據PCI-E通套配置彈性，當前開出2種組合規格，個人電腦端以2條通道為主，至少可提供1GB/s頻寬。另外亦可彈性配置4條通道，此時頻寬將提升至2GB/s，規劃是給予商業環境應用為主。相較於SATA 6Gb/s只有600MB，SATA Express至少帶來1.68倍頻寬，足以讓一般固態硬碟全力揮灑性能。

導入PCI-E這成熟架構，除了解決頻寬燃眉之急，也一併處理掉未來改朝換代的煩惱。目前PCI-E 4.0規範已經在研議中，單條通道、單向傳輸頻寬，將從PCI-E 3.0的1GB/s倍增到2GB/s。這表示SATA-IO只要跟在PCI-SIG後頭走，日後改版將能減少研發工程成本與耗時，讓新規範可以快速頒布並投入市場。

PCI-E與SATA完全分離

改投陣營說來容易，但免不了存在一些過渡時期問題，特別是在想保留向下相容性的前提下。首先是SATA Express血統究竟為何？SATA-IO指出，SATA Express純粹是建構在PCI-E上，並未混合既有SATA各層級架構，自有一套完整且獨立的運作機制。相對意思是，不會多個香爐多隻鬼，導致傳輸效能折損。

首先來看裝置端（也就是如固態硬碟），架構中包含實體層、連結層、訊號傳輸層，以及裝置控制單元等元素。參考配圖可發現，其中的裝置控制單元，目前規劃出AHCI與NVMe這2種類型。作用和既有SATA裝置控制單元並無不同，只是將個人使用者較少接觸到的NVMe納入其中，屬於PCI-E化必然的趨勢。

這也意味著，LSI、Marvell等SATA介面固態硬碟控制器廠商，其實都已經具有PCIE產品開發經驗，要投入SATA Express是不難。他們可以依產品定位之類考量，自行選擇要相容於AHCI或NVMe控制方式，電路實做只有些微架構差異而已，具有縮短推出各規格控制器產品時程的效用。

▲在裝置控制器端，SATA Express與SATA平行共存，各具有完整獨立的層級，SATA Express並未混雜部分SATA層級，以避免埋下導致效能折損的變數。

沿用AHCI驅動程式介面

而磁碟控制器主控端，則是猶如樂高積木疊疊樂，在現行SATA AHCI HBA（Host Bus Adapte）控制器基礎之中，加入PCI-E Root Port、PCI-E通道暨SATA連接埠配置控制單元。PCI-E Root Port是用來連接PCI-E控制器的關卡，配置控制單元除了決定PCI-E通道數量，亦負責SATA連接埠開關工作。

從磁碟控制器到系統軟體層端，必要元素為驅動程式中介，這邊姑且拋開控制層面因素不談。其影響是使用者體驗，藉由統一標準爭取作業系統原生內建，就能免去為儲存裝置安裝專屬驅動程式的必要。SATA-IO在這部分具有相當影響力，成為其他組織開創新傳輸介面，仍然會找上門合作的關鍵。

SATA Express裝置和SATA一樣以AHCI為基礎，亦即兩者軟體層是無縫相容，包含Windows等許多作業系統都原生內建支援，SATA-IO以立即可用來形容之。獨立自主的NVMe雖然較早頒布規範，直到Windows 8.1起才獲得支援（StorNVMe.sys），而且相關功能還在不斷開發加入中，其餘相容平台還有如Linux。

主控與裝置端連接器有別

最後該談談的是SATA Express連接器，這可分為主控制器與裝置端2個部分，其設計難處是在主控制器端，除了必須滿足PCIE訊號腳位數量要求，同時肩負向下相容SATA裝置的使命。面對這2個互斥，卻又不得不如此的設計難題，導致SATA Express主控制器端，和裝置端的連接器形式大相逕庭。

在主控制器端，SATA-IO做法是由2個標準SATA連接埠，搭配1組全新設計專屬連接器。這模式看來有些怪異，因為現實是連接SATA Express裝置時，得動用前述所有連接器/埠。這不僅讓所有連接器（母座，Host Plug）變成連體嬰，SATA的電路設計也改成兼容PCI-E訊號設計，用以傳遞主要訊號。

逐一拆分來看，SATA插槽形式和尺寸並未更動，仍然是7個訊號腳位。除了相容SATA裝置，也負責傳遞1條PCI-E通道訊號，故需要配置2個連接埠，才能應付規範中基本的2條PCI-E通道配置數量要求。至於新設計的連接器有4支訊號腳位，只負責傳遞PCI-E時脈同步等控制訊號，這樣主控器端才知道是連接何種類型裝置。

電源仍取自電源供應器

至於儲存裝置端，若非SATA即是SATA Express，設計複雜相對降低許多。它和現行現行SATA相同，只有單一訊號連接器（Device Plug），來自主控制器端的3條訊號線，被妥善分配到各定義腳位上。前述看似怪異的線材，等實體產品上市後大家未必會再看到，製造商大可加上塑膠管保護，也順便美化其外觀。

有些人還想到，PCI-E介面理論供電量超過固態硬碟需求，是否意味SATA Express裝置是否無須另外接電呢？答案並非如此，規範中仍然具備獨立電源連接器，其形式和當前SATA規格相仿，並且同為16支腳位。這表示它無法經由晶片組直接供應電源，但是由於連接器相容於當前的電源供應器，無需更換或搭配轉接線材使用。