B2cd257408fe102832de091c75a9620a 固態硬碟傳輸介面越來越多元,除了最為基本的SATA外,還有mSATAPCIeM.2SATA Express等介面,帶來各式不同妙用。Intel在其中扮演了關鍵角色,除了主導多項介面規範制定,更逐一導入進個人電腦平台,使其應用更加普遍。看多了SATA固態硬碟介紹,這回讓我們將焦點轉向mSATAM.2,瞭解其應用範疇與優缺點,並且來場集合測試論高下。

介面字眼滿天紛飛

首先來釐清字彙上的困惑,SATA、mSATA、M.2(NGFF)、SATA Express乃至於PCIe(PCI Express),皆定義稱之為介面(Interface),這點無庸置疑的簡單。然而談論到M.2與SATA Express時,會發現怎麼老是在「介面」這字眼上打轉,不斷重複多種介面資訊。好比都說產品是M.2介面了,怎麼又會牽扯到SATA介面?那麼它到底是哪種介面呢!

這可以簡單用層級來看,介面字義是訊號層、電氣層,以及硬體層的總和。訊號層主要工作等同通訊協定(Protocol),得以讓主控制與裝置端溝通協調,進行資料傳輸作業。電氣層則是規範電源細項,如工作電壓、承載電流量,以及電源管理機制等部分。硬體層為外在差異,包括連接器樣式、尺寸規格等,大多由這層級掌管。

雙介面訊號裝置變多

特別容易讓人混淆的是M.2,儘管普遍稱之為介面,Intel卻只有制定出電氣與硬體層。核心關鍵的訊號層,則是採取開放政策,相容於許多種舊有介面規範。模組製造商可依產品類型與需求,選用與系統主控端相容的SATA、PCIe等,各式介面訊號控制器來設計產品。M.2並非具備完整層級的介面,因此Intel早先是以NGFF(Next Generation Form Factor)來稱呼,意指統一尺寸規格而非所謂的「傳輸介面」。

相似情況也發生在SATA Express,這由SATA-IO所制定的規範,定案版本稱為SATA 3.2。其重大轉變是捨棄12Gb/s頻寬發展,轉向改投PCI-SIG陣營,採用PCIe介面訊號層來建構。SATA-IO特地保留向下相容SATA規範,因此主控端(Host Controller)可以連接SATA裝置,而裝置端則視所採用磁碟控制器規格而定,未必能支援SATA介面訊號。

介面關係式不難搞懂

另外有些人可能曾經困惑的mSATA,Intel設計是電氣與硬體這2個層級,直接相容於PCI-SIG所制定mini PCIe介面,顯著差異是重新定義了腳位。至於訊號層則是直接取用,或說相容於SATA介面,因此可用頻寬與各項特性無異。換言之,各式標準mini PCIe介面模組,裝在mSATA插槽上可是不會動作。

反觀SATA與PCIe介面極為單純,僅支援各自相對名詞的訊號層,硬體層也不相容於其他介面裝置。即便裝置端有著複雜結構設計,最終負責與系統溝通連結的部分,必然得是採用SATA或PCIe通訊協定。以上,簡單搞清楚這重要的基本概念,將來就不會再雞同鴨講,你到底是在跟我說哪種介面?有事嗎你!

各傳輸介面重點規格比較

介面規範

SATA

mSATA

PCIe

M.2

SATA Express

通訊協定

SATA

SATA

PCIe

PCIe、SATA

PCIe、SATA

SATA傳輸速率

6、3、1.5Gbps

6、3、1.5Gbps

-

SATA 6、3、1.5Gbps

SATA 6、3、1.5Gbps

PCIe傳輸速率

-

-

5GT/s

5GT/s

5GT/s

SATA傳輸頻寬

600、300、150MB/s

600、300、150MB/s

-

SATA 600、300、150MB/s

SATA 600、300、150MB/s

PCIe傳輸頻寬*

-

-

500MB/s

2、1GB/s

2、1GB/s

頻寬提升彈性**

X

X

* PCIe傳輸頻寬是以當前應用為推算基準,M.2與SATA Express普遍採用規格是PCIe 2.0 x2,故可用頻寬基本值為1GB/s,若採取PCIe 2.0 x4配置則是高達2GB/s。PCIe介面只以PCIe 2.0 x1為例,實際規格得以裝置支援規格,按照通道配置數量來相乘。

**頻寬提升彈性部分, Intel預定明年推出的新平台晶片組,有望將現行PCIe 2.0升級為3.0規格,有機會讓頻寬倍增。

有利於電腦小型化設計

PCIe介面固態硬碟產品,Intel自組NVMe陣營並制定出規範,當前以企業應用環境為主力。雖然Intel也在SATA Express參了一腳,率先整併進稍早前推出的9系列晶片組上,但是截至目前為止,仍然沒有原生或相對應儲存裝置上市。這兩者和主題的關聯性有限,因此就不一一細究,真實應用面之類兩三事。

主角mSATA和M.2部分,都是由Intel主導推動,並且制定出相對應規範。Intel亦挾自行設計主機板晶片組的優勢,在不同時間點,逐一導入到筆電平台上應用。相較於典型2.5吋固態硬碟,即便再薄也有7mm高度,長與寬則是固定為100、70mm。改採用這新些式介面,利基點無非是既小又輕薄,能協助筆電朝向更輕薄化設計。

▲舉如NUC這類巴掌大,或先前所謂1公升容積的迷你桌機,格外適合採用mSATA、M.2固態硬碟模組。相較於標準2.5吋裝置,輕薄短小占用的機構空間不多,能夠協助產品達成小型化設計。

mSATA與M.2應用有別

也許你直到近期才開始注意到M.2介面,它與mSATA過往推廣歷程相似,Intel老早就引進到筆電平台上應用,差別在於應用範疇有些轉變。mSATA導入應用初期,Intel主機板晶片組僅能給予SATA 3Gb/s資源,再加上當時固態硬碟單價仍然高,因此是以搭配Intel Smart Response Technology加速應用為主。

過去有段時間經常能見到,筆電預設裝配約32~64GB不等容量固態硬碟,其用意並非讓使用者拿來當系統開機碟使用,而是提供給晶片組建構固態混合硬碟功能。近年才導入應用的M.2則是大不同,基於可支援PCIe 2.0 x2介面訊號因素,格外適合用於打造高性能固態硬碟,使得筆電儲存裝置速度也能達到700MB/s或以上。

老電腦照樣可以裝M.2

Intel也在不同時間點,陸續將這2種介面擴及桌上型電腦平台,因此mSATA與M.2並不會和你無緣。mSATA或許該說它生不逢時,自6系列桌上型晶片組導入後,被採用率說來有限。M.2則是占有先天架構優勢,雖然想要取代SATA 6Gb/s是有相當難度,但是能與mSATA攜手進占Mini-ITX、NUC等,諸如此類迷你電腦應用市場。

對於廣大的玩家而言,M.2亦是以較少花費,獲得更高速固態硬碟的捷徑。就算電腦還不支援,短時間內也不想升級,都不會成為阻礙。只要添購M.2轉PCIe轉接卡,就算老電腦也能裝配M.2固態硬碟,這是支援PCIe訊號的一大優點。除了掏出錢,還需要做的動作和升級電腦相仿,就是確認晶片組有沒有足夠PCIe通道可用而已。

 

▲華碩預定在近期推出Hyper M.2 x4 Expansion card,這款M.2模組轉PCIe轉接卡,可裝配Type 2242、2260、2280、22110尺寸規格模組,PCIe端連接器為x4配置規格,整體設計相容於PCIe 2.0/3.0規格M.2固態硬碟(M Key)。

挑選得從尺寸規格看起

無論你是有mSATA或M.2需求,採購前還有些細節得留意,基本要點為尺寸規格。mSATA有Full Size與Half Size版本之分,也就是俗稱的長、短卡這差異,兩者長度分別為50.8mm與26.8mm,插槽機構很容易做到兼容。問題在於台灣零售通路市場,所能夠買到的mSATA固態硬碟皆為Full Size規格,Half Size得透過訂購之類途徑才能取得。

mSATA問題並不大,反觀M.2就有點傷腦細胞,除了前述SATA與PCIe通訊協定之分,尺寸規格等細節更是繁複。依據Intel定義規範,M.2具有多達10種尺寸規格,其中建議用於固態硬碟的有3種,分別為Type 2260、2280、22110。差異在於長度不同,如字義依序是60、80、110mm,至於寬度一率同為22mm規格。

mSATA與M.2固態硬碟尺寸規格比較表

介面規範

mSATA

M.2

版本區隔

Full Size、Half Size

Type 22110、2280、2260

標準長度

Full Size 50.8mm

Half Size 26.8mm

Type 22110 110mm

Type 2280 80mm

Type 2260 60mm

標準寬度

29.85mm

22mm

標準厚度

4.85mm

單面2.15mm、雙面3.58mm

相容性並不會造成困擾

M.2模組有單雙面之別,規範厚度分別是單面2.15mm、雙面3.5mm,電腦廠商普遍會預留足夠空間,兼容性並不大會造成困惱。至於防呆機制部分,固態硬碟應用得留意B Key和M Key之別,B Key對應Socket 2規格插槽,能採用SATA或PCIe x2介面訊號。M Key則是與Socket 3插槽對應,是為高速固態硬碟特別規劃,只支援PCIe但是通道能配置為x4模式。

為了插槽最大相容性,固態硬碟電路板得以B Key與M Key同時兼具,這並不會改變原定所支援的介面訊號規格。而主控端的Socket 2與Socket 3插槽,普遍應用只具有M Key防呆卡榫,以達成最大交互相容目的。就我們這次借得的產品來看,固態硬碟廠商確實都同時做了這2種缺口,某程度上是可以不用太在意這差異。

▲圖例為華擎Z97 Extreme 6主機板,除了左邊稱之為Ultra M.2的Socket 2插槽。以此為例來看Socket 2與Socket 3之分,外觀上並沒有顯著差異,防呆卡榫都是位於B Key端,差別在於Socket 3能支援PCIe x4通道配置模式。

原生PCIe產品數量有限

想當然耳,採購前得留意主機板、筆電、桌機,到底能夠安裝使用何種規格模組,這並不會是多大的難題。實質限制和mSATA相仿,目前可以採購到的M.2固態硬碟產品數量並不多,價格也比標準SATA機種高出一些。由於價格資訊相當容易查詢到,這邊就不加以細究性價比這檔事,以下重點還是擺放在採購注意事項上。

洗腦般的碎碎念,M.2固態硬碟除了SATA通訊協定,亦可採用頻寬更大的PCIe,又以後者為重點。目前已知而且能購買到的產品之中,以Plextor M6e與Samsung XP941最具代表性,因為其固態硬碟控制器,分別支援PCIe 2.0 x2與x4通道配置。但不幸的消息是,M6e已於上半年在國內開賣,XP941還有待代理商評估是否引進銷售。

就算你很熱血地從國外購買XP941,當前9系列晶片組主機板,礙於Intel建議規格與PCIe通道有限因素,電路設計普遍只能提供2條通道。唯一例外的是ASRock(華擎),Z97 Extreme 6所打出Ultra M.2口號,即為對應支援Socket 3的規格。除此之外,大概只能搭配前面提到的M.2轉接卡,才能讓XP941發揮出超越1GB/s的完整性能。

▲圖例2款M.2固態硬碟模組,其控制器同為PCIe介面規格,Samsung支援PCIe 2.0 x4,電路板如實設計為M Key規格。而Plextor屬於PCIe 2.0 x4規格,但是一如其他多家廠商,電路板同時具備B Key與M Key開口。

 

 

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