取代IDE并行接口之后，SATA串行接口就一直在不紧不慢地提速，1.5Gbps、3Gbps、6Gbps……面对机械硬盘，这一切都绰绰有余，但是这几年固态硬盘突飞猛进，SATA接口完全吃不消了。新的接口不断被提出来，mSATA，SATA Express，M.2，U.2等等。我们一起来看看他们都是什么，各有什么优缺点。
SATA
随着PC总线串行化趋势，硬盘总线从IDE进步到SATA I后，历经SATA II和SATA III，速度稳步提高：
看起来形式一片大好。与此同时引入了NAND Flash的SSD硬盘以其高速稳定的特性，慢慢得到了越来越广泛的使用。巨大的需求催动着SSD厂商不断提高硬盘速度，终于在SATA III的时候SATA的带宽已经成为制约数据传输的瓶颈。例如NAND ONFI （Open NAND Flash Interface Working Group） 3.0 的单通道接口速度达到400MB/s，而高端主控可以做到8通道，400 × 8 = 3.2GB/s（仅仅是理论带宽），大大超过SATA III的6Gbps的理论带宽。业界开始企图借鉴SAS 12Gbps，然而由于种种原因，在这条路径遇到了巨大的阻力，加上即使成功也会立刻面临带宽不足的窘境，不得不另做他图。SATA IO组织将目光关注到了成熟的PCIe上。 同时SATA巨大的接口也与PC小型化背道而驰：
业界开始在不同的维度寻找替代方案。
SATA Express
SATA Express可以简写为SATAe，在2013年随着SATA 3.2规范被公布。它是一个将SATA、PCI-E信号综合在一个接口内的规范，因此它完全兼容现有SATA设备、数据线，唯一的不同就是它可以连接PCIe固态硬盘。SATAe可以使用两个PCIe的Lane，如果你看过我们前面的文章，你就知道它在Gen3的情况下理论带宽是2GB/s。这在现在看起来似乎有些令人失望，毕竟三星 950 Pro等性能怪兽早超过了2GB/s，但是在2013年这还是个不错的选择。在2014年随着Intel Z97/H97芯片组的上市，SATAe设备开始进入了普通用户的视野。在Z97芯片组中，SATAe控制器占据PCH的两个PCIe Gen2的lane，带宽有1GB/s，作为起步产品，大大缓解了当时SATA III对SSD硬盘速度的限制，并为以后留下了足够的发展空间。
为了保证与SATA的兼容，SATAe同时支持老的SATA AHCI和新的NVMe标准，如下图：
同时为了兼容老的SATA接口，SATAe接口经过特殊设计，可以同时支持老的SATA硬盘，我们一起来看几个SATAe接口图片：
（接口设计）
（背板接口）
（主板接口）
（电缆）
接口看起来很奇怪不是吗？接口实际上它是两个SATA数据接口+一个PCIe ×2lane组成，同时还不支持供电！
这是妥协的结果，这样老的SATA硬盘可以继续发挥余热，新的SATAe硬盘在不支持NVMe时还可以选择走老的AHCI主控（host）。PC世界的古老经验告诉我们，想要一步到位进行激烈的变革往往会被市场所淘汰，传统和已有的投资都驱动客户选择保守的方案。SATAe接口这种渐进的策略现在看起来似乎是个好主意了，然而如果读者你说你从来没有看到过这种硬盘，我一点也不惊讶。SATAe接口推广极其缓慢，这和它的孪生兄弟M.2关系密切。
M.2
M.2，正式名字是NGFF（Next Generation Form Factor）。它设计的初衷是替代mSATA/MiniPCIe（已淘汰，这里略过）。它们有时候看起来很像，我们把它们放到一起比较一下：
注意金手指大小和宽度。M.2实际上是一种SATAe的一种特殊形式，它也同时支持AHCI和NVMe两种协议栈，并和SATAe一起在Z97/H97芯片组上市时得到支持。开始的NGFF（想一想，这里为什么不写M.2?）和SATAe一样，只占据PCIe Gen2的两个lane，带宽是1GB/s，在后代芯片组中扩展为占据PCIe Gen3的4个lane，带宽是4GB/s。Intel开始对其的定位是面向笔记本电脑和嵌入式设备等空间狭小的设备，然而市场却给出了不同的答案，M.2同时在笔记本和台式机市场上受到热捧。台式机上不是SATAe一统江湖，而是很多采用SATA+M.2的奇怪搭配。
市场总是正确的，是时候放弃SATAe了，当然也不能退回去选择SATA，于是它的继任者U.2来了。
U.2
U.2，也叫做SFF-8639，它和M.2一样脱离了SATAe的2个lane的限制，一开始就是4个lane，也是4GB/s。它和M.2很大的不同就是脱离了M.2小身板的限制，可以做出容量更大的SSD硬盘：
于此同时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，保证了向后兼容性。现在唯一缺憾是市面上支持它的主板很少，如果读者想要体会它的速度，可以用U.2转M.2转接板。
结语
1. 经常有朋友问我如何提高电脑的性能，其实在很多时候硬盘对整体的启动和响应速度影响巨大，我的建议总是启动盘立刻淘汰机械硬盘（仅仅做为数据仓库），至少换成SATA接口的SSD，在资金还有余量的情况下还应该选择支持NVMe的M.2或者U.2接口硬盘。
2. M.2的SSD鱼龙混杂，接口的兼容性导致AHCI主控和NVMe主控都有市场空间，主板上虽有M.2的接口但不一定支持NVMe。读者在选购时要仔细甄别，同时检查SSD和主板对NVMe的支持程度。
3. 在服务器端，Intel和不少供应商推出大容量PCIe板卡形式的SSD，如750系列，使用NVMe主控，容量将近1.5TB，不过价格也是相当“喜人”。
4. 如前文所述（传送门），三星950 pro和Intel的傲腾读取速度已经接近M.2的理论带宽4GB/s情况下，硬盘接口向何处去呢？实际上PCIe Gen4将在今年年底前公布，届时4个lane的带宽可以达到8GB/s！而在青黄不接的时候，有厂家将SSD存储作成PCIe ×16 lane的板卡，可以大大缓解带宽紧张的问题。
5. 下文将对比AHCI和NVMe协议栈，同时介绍开源UEFI中相应的驱动。
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