0f8d82a2509f48392378dcca03ed3164 越接近5月11日,就越多廠商將自家Z97主機板曝光在網路上,目前可以看到華碩、技嘉、華擎,都針對自家主機板加入了SATA Express的元素在高階系列的產品上,甚至也出現在一般低階Channel系列上,不過功能多是好事,但將對的功能,放在錯誤的平台上,那麼就會帶來災難。

SATA Express靠什麼連接?

目前在現有的晶片組中,並未有任何產品原生支援SATA Express這項功能,目前這個功能皆是由廠商自發性的額外提供在Z97晶片組上,採用的連接方式為PCI-E通道連接,當然以非原生內建在PCH(Platform Controller Hub)上的功能,他們所採用的連接方式都一樣,皆是以PCI-E做為連結兩者之間的通道,就好比馬路,在A地與B地之間的來回以馬路來做溝通橋樑。

晶片組內不內建會出現的問題點

如果晶片組內非原生內建該項功能,那麼基本上除了靠外接該功能的晶片之外別無他法,而問題就會在此浮現。從P55開始,Intel就將北橋的部分功能移至處理器內部,原因在於訊號之間的傳遞時間與延遲可以大幅度縮短,將效能最大化,但問題在於處理器內部架構複雜,受限於此,內部的PCI-E通道數量並不龐大,如高階Sandy Bridge-E、Ivy Bridge-E,僅內建40條的PCI-E通道,中低階的Haswell,與即將推出的Haswell Refresh,皆只有內建16條PCI-E通道,中低階在通道數量僅16條的狀況下,大多只能供應1張PCI-E x16規格的顯示卡,或者是2張PCI-E x16規格的顯示卡以PCI-E x8運作,具體來說,能夠拆分的數量非常稀少,另外也因此而受到限制。

那麼SATA Express以處理器內部的高速PCI-E通道做為連接方式,目前看起來是根本無望了,那麼退而求其次就只能以PCH的PCI-E連接,但這邊也必須要提到,PCH本身也是有PCI-E通道數量的上限,不論是X79或者是Z97,PCH的PCI-E通道數量都只有8條,這意味著主機板廠商在設計時,受到的限制更多,畢竟以我們常使用的LAN、Audio、SATA、USB 3.0、甚至是主機板上的PCI-E x1或者是PCI-E x4,都是靠著PCH這8條PCI-E所連接的第三方晶片所提供功能,我們才得以使用。

再來看看SATA Express晶片,目前可以看到ASMedia所提供的ASM106SE,對外連接的PCI-E通道數量為2條v2.0規格,所以按照規格中所述,最大可以提供單向1GB/s的頻寬,上下行共計2GB/s,所以這個部分就會限制SATA Express裝置的最大速度,也就是最多只能達到讀取1GB/s、寫入1GB/s,這對於一些高速SSD來說,完全不足夠。

▲華碩Z87-Deluxe/SATA Express為華碩的SATA Express試做產品。(圖片取自:TweakTown

另外一點,因為1個SATA Express就必須要佔用2條PCI-E通道,當然也許有機會只分配1條,不過只分配1條的情況下,讀寫速度就會變成各500MB/s,那遠比SATA 6Gb/s的600MB/s還要慢,那完全失去意義,更遑論SATA 6Gb/s為內建功能,在訊號延遲上遠比使用外掛晶片的SATA Express還要更快。

那麼問題就會在這裡浮現,由於PCH上的PCI-E通道只有8條,以華擎近期曝光的Z97 Extreme6為例子,我們可以看到主機板上,提供2條PCI-E x1(黃框)、2組M.2(紅框)、1個mini PCI-E(藍框)、1個SATA Express(綠框),那麼光是這些功能,就必須要使用PCI-E通道數量9條(PCI-E x1=1,計2、M.2=2,計4、mini PCI-E=1,計1,SATA Express=2,計2,共計9),那麼肯定有些功能是必須要透過Switch切換,除非主機板廠使用了PLX所生產的PCI-E Switch,例如常見於AMD、NVIDIA的單卡雙核顯示卡上的PEX 8747,但這麼做的問題其實還是會面臨以多少條PCI-E頻寬與這顆晶片做連結,具體來說,在一條高速公路上就算有多個交流道可以讓車子上路,但最終還是會面臨高速公路上只有固定的車道可供通行,所以可能有塞車的問題。

▲華擎Z97 Extreme6主機板,提供非常多功能性。

▲PLX晶片被許多廠商採用,做為增加PCI-E通道數量的功能。(圖片取自:legitreviews

華碩針對SATA Express展示Hyper Express外接盒

主機板既然有SATA Express,沒有終端裝置也是枉然,所以華碩推出了名為Hyper Express的外接盒,提供2顆2.5吋SSD、mSATA SSD、M.2 SSD進行RAID 0,將效能拉升至最大,外部採用SATA Express連接,內部則是提供對應的插槽安裝SSD,就實際Demo的速度實測,可以看到達到讀704.2MB/s、寫746.7MB/s,這個速度在一般的SATA是不可能達到的速度。 

▲華碩Hyper Express外接盒將會提供3種內部介面。(圖片取自:legitreviews

▲2.5吋版本提供2個mSATA進行RAID 0模式。(圖片取自:legitreviews

▲實際效能大致上可以達到讀寫700MB/s以上。(圖片取自:legitreviews

看似美好,但現實很殘酷

從華碩Hyper Express外接盒可以看到速度確實不錯,但是如果仔細推敲,就可以發現這可能會有些問題,我們從頭回顧一下SATA Express的結構,以2條PCI-E通道做為連結,理論頻寬可以達到讀寫各1GB/s,那麼再來看一下Hyper Express外接盒,提供2個SATA裝置(SATA、mSATA、M.2都只能以SATA模式運作,故M.2若為PCI-E通道產品,不適用此外接盒),那麼再來看一下SATA裝置的理論頻寬,SATA 6Gb/s可以提供「單」埠600MB/s若是以「雙」埠組成RAID 0模式,那麼理論頻寬則是12Gb/s,也就是1200MB/s,那麼超越SATA Express也就是理論上可行,但實際頻寬需要再打個折,不過若是以產品面來看,2顆SSD在SATA Express上可以達到的速度,那麼在PCH端上組成的RAID 0理論上會相近,甚至更快。

這樣一來就可以看到問題點,不僅SATA Express會占用過多的PCI-E通道,實際上更難以達到我們理想中的頻寬,如Hyper Express就是個過渡時期的產品,提供使用者以現有SSD組成,但卻是多此一舉的設計(不過mSATA那組實用性確實較大),那麼對照一下M.2,本來就是以PCI-E x2/x4介面做為連接橋樑,那麼x2等於SATA Express,而x4則是超越SATA Express,那麼需要高速介面的使用者,顯然是M.2較快,但前提為主機板廠提供的M.2介面為PCI-E x4規格。

▲技嘉Z97X-UD5H,SATA Express其中1組被封閉,所以代表主機板只提供1個SATA Express。(圖片取自:legitreviews

▲更高階的Z97X-SOC Force,同樣封閉1組,顯然這個部分是技嘉目前的規劃中並不提供2組。(圖片取自:legitreviews

實不實用?等內建會更好

既然SATA Express的新功能又被晶片組限制,那麼這一代的Z97可以說是M.2不實用、SATA Express效能低落,那麼它賣點可能就不是這麼有吸引力,別想著M.2會提供PCI-E x4的介面,原因在晶片組限制,8條這個門檻,同時也不用想著以PLX晶片解決,因為問題的本身在於CPU與PCH之間的溝通橋樑只有20Gb/s,也就是PCI-E x4,那麼就變得不論底下擴充了多少晶片,最終的瓶頸還是在PCH本身。所以編輯部對於Z97的設計依然存疑,或許等待X99或者是提昇PCH頻寬的後續晶片組,如Skylake,這類型晶片組或許才能發揮新介面應有的實力。

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小白
1.  小白 (發表於 2014年5月04日 12:26)
講解的真是清楚明暸,受教了,現有的 Z77 主機板可以先撐著

點用,不用急著升級了。

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