Intel Z97 M.2、SATA Express搶先登陸:Haswell Refresh小幅超頻,鮮少特色的Z97 (上)

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正式導入M.2介面

Intel Z97最大的革新在於原本的NGFF正式命名為M.2,將會成為Z97原生支援的介面,在Z87上由華碩首先推出的NGFF實際上的規格僅只有PCI-E x1的頻寬,而在Z97上將達到PCI-E x2,理論吞吐量將會達到上下行各1GB/s,比起目前SATA 6Gb/s的6Gb/s理論頻寬600MB/s還要快上不少,當然這個頻寬也必須要有搭配的固態硬碟控制器才有機會達成。

M.2多種介面一次收錄

M.2這個介面總共有67根Pin腳,從屏蔽的訊號可以區分出4種Key,分別為A、B、E、M,可區分為無線裝置、WWAN、GNSS或者SSD,其中A、E Key單純提供給無線裝置。B Key則是可提供WWAN、GNSS或者SSD,而M Key則是單純僅供SSD裝置使用。

另外還有A+E與B+M這2種複合組合,所以共計可以分為6種普遍規格,裝置的涵蓋量可以說是與PCI-E一樣廣泛,甚至可以將之視為另一種形式的PCI-E插槽,由模組上的裝置與主機板上的Key定義出各種形態的應用。如主機板只提供M Key,那麼M.2模組就只能使用M Key或者B+M Key的產品,並沒有辦法將A Key裝置插入其中,擁有裝置防呆的功能,也就是說主機板端決定該M.2插槽可使用哪類型的裝置,並非如PCI-E插槽那麼高的相容性。

長度有別,眾多選擇

除了Key的不同之外,M.2還具備了多種長度規格,從最短的30至最長的110,共計有30、42、60、80、110,目前SSD裝置所使用的尺寸大多為42以上,如2242、2260,甚至是2280等規格,少部分大容量裝置會使用到最長的22110,不過目前主機板廠所提供的長度分別在42、60、80,反而是110較少見。

也有少部分主機板會提供2230這種類型的長度,不過這類型主機板一開始所使用的Key就並非為SSD所使用的B、M Key,而是選擇使用E Key,也就是單純提供無線裝置所用,並不提供使用者將這個插槽當做儲存裝置所使用,最具代表性的主機板為EVGA Z97 FTW。

高度再降,相容性大增

若與Mini PCI-E相比,M.2具備更扁平的優勢,比起前者,能夠再節省25%的空間,另外也節省55%的PCB佈線空間,另M.2還分為Single-Sided與Double-Sided,共分為4.2、3.2、2.25mm,與PCB最小的空隙則是0.63mm,最大則是可達2.48mm,能夠按照各種環境採取對應的接頭高度,如桌上型主機板則是可使用4.2mm規格,在Ultrabook內則是可將高度降至2.25mm,比起目前的Mini PCI-E或者mSATA都要來的具備可適應性。

Intel Z97 M.2、SATA Express搶先登陸:Haswell Refresh小幅超頻,鮮少特色的Z97 (上)

M.2 SSD具備2種介面,PCI-E、SATA

前面說過M.2按照Key的位置來決定可以成為什麼類型的裝置,以SSD裝置來說,B、M key除了PCI-E通道之外,還能相容於SATA,不過M Key因可提供PCI-E x4通道,較少會使用SATA介面外,B Key因採用PCI-E x2與初代M.2的關係,較容易出現採用B Key,但卻是SATA傳輸介面的M.2 SSD,這類型產品如Intel 530 M.2 SSD、Micron M550 M.2 SSD,都是採用SATA為傳輸介面的產品,而真正採用PCI-E通道的產品目前則是少之又少。如Plextor M6E此為將M.2藉由轉接卡轉為PCI-E x2介面使用、Sandisk A110 SSD、Samsung XP941,這些產品目前在市面上皆不常見,且售價較目前的SATA SSD高上許多。

也因為M.2包山包海的特性,目前大多數的主機板廠對於M.2這個介面上除了支援PCI-E通道之外,還同時相容於SATA,所以並不會出現兩者完全不相容的問題,不過因傳輸介面的不同,在速度上面即使使用M.2 SATA SSD,也不會有媲美M.2 PCI-E SSD的吞吐量,這一點仍然是使用者必須要了解到的一個事實,也就是說SSD速度的本質仍然取決於採用哪一種傳輸介面還有對應的控制器而定。

Intel Z97 M.2、SATA Express搶先登陸:Haswell Refresh小幅超頻,鮮少特色的Z97 (上)▲M.2共分為多種寬度、長度、高度,還有各種金手指開口,提供多種裝置一個通用介面。

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▲各種不同寬度與長度的M.2介面決定了大方向,如較短的為無線網路、較長的則是儲存裝置。

Intel Z97 M.2、SATA Express搶先登陸:Haswell Refresh小幅超頻,鮮少特色的Z97 (上)▲M.2插槽目前具備3種高度,其中最矮僅支援單面元件。

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▲M.2 SSD同時具備SATA、PCI-E 2種規格模式,在規格上容易混淆。

外掛SATA Express增加賣點

除了Intel Z97本身的M.2高速傳輸介面之外,主機板廠商也針對原先預告在Z97上推出的SATA Express,但最後無疾而終的補完計畫,採用第三方晶片讓SATA Express這項功能,重新回到主機板上,不過這類型產品,也存在了一些爭議點,或許讀者們在廠商們誇大的宣傳手法下,必須要了解到SATA Express能帶來什麼好處與壞處。

SATA Express的設計基礎

M.2的應用大多是建立在PCI-E通道上的連結,能夠提供的裝置類型廣泛,那麼SATA Express的應用就更單純許多,目前僅有儲存裝置這一項,不過會讓SATA Express的頻寬徹底從SATA 6Gb/s一舉提升到16Gb/s這麼高的頻寬則是建立在比M.2更快的PCI-E 3.0通道上。另外目前的SATA Express也向下支援SATA裝置,1個SATA Express介面由2個SATA、1~2個PCI-E通道所組成,比起目前企業端的SFF-8639僅支援PCI-E裝置更具備向下相容的特性。

另外SATA Express還有分為AHCI、NVMe這2種模式,前者具備更高的相容性,能夠控制基於AHCI HBA與PCI-E Root Port的2種主控端,同時這也是目前使用最廣泛的驅動程式介面,而NVMe則是新推出的驅動程式介面,專為高速PCI-E SSD所設計,僅能控制基於PCI-E Root Port的控制器,同時目前也只有Windows 8.1與未來的作業系統支援這個驅動,在廣泛應用上並不高。

為相容SATA無所不用其極

另外SATA Express為了相容於目前的SATA,又得兼顧到支援PCI-E訊號的問題,衍生出一連串的因果關係,最終變成我們所看到的1個SATA Express主控端的連接器上面具備2個SATA與1個PCI-E訊號控制的部分。其中2個SATA介面的部分還包含PCI-E訊號,7個腳位中的定義中有4條為訊號、3條為接地其中SATA Port中還包含了1條PCI-E Tx、PCI-E Rx訊號。也因此為滿足SATA Express具備2條PCI-E通道的特性,將由2個SATA採用連體的方式組合,但礙於PCI-E裝置的部分在SATA Port中並沒有識別的功能,還必須要再增加4條訊號腳位做這些應用訊號,雖然如此做會造成接頭佔用體積龐大,高達18條接腳,不過這也是目前為了高度相容性的前提下而作的取捨。

在Host端的部分較複雜,到了裝置端就簡單許多,只有分為SATA、SATA Express,而SATA自然不必多說,但SATA Express的部分就必須靠前面所提到的額外4條訊號做裝置識別。也就是說如果少了這4條訊號,該裝置就無法正常使用,甚至根本沒辦法被正確識別。裝置端的部分腳位定義因直接分屬於2種不同層面的應用並不需要刻意相容,在外型上也就較單純。

目前僅1種介面,由電源加上PCI-E訊號組成,共計14條資料訊號、15條電源介面,還有額外可附加的3條PCI-E RefClk,用於SRIS建構在SSC架構上,這部分為PCI-SIG並沒有制定線材的部分,也就不會有線材能夠傳輸參考時脈的設定。不過在SATA Express這個應用裝置出現時,PCI-SIG重新制定了PCI-E傳輸資料時也必須要傳送參考時脈設定。

看似完美,不過陷阱多

從SATA Express看似完美的解決方案,可以同時達到SATA、PCI-E裝置的支援能力,比起M.2這個介面來的有機會發展成為桌上型電腦的高速儲存介面取代已經不符合高速所需的SATA 6Gb/s介面,不過SATA Exprss也並非完美無缺,在初期仍然有很多地方需要進行改善,甚至存在許多問題點,以下將會就目前的狀況分析。

第一個面臨到的問題在SATA Express本來是建議在PCI-E 3.0的傳輸通道上,不過目前Intel既然無意將這個規格納入旗下,那麼就變成各家廠商都只能以第三方晶片達到這個應用的支援,不過這也就是第一個問題的發生點。

Intel目前從高階至低階的「晶片組」,沒有任何一款晶片是支援PCI-E 3.0傳輸通道,目前僅有處理器內部的PCI-E通道是採用3.0規格,其餘皆是PCI-E 2.0。這也就面臨問題,SATA Express無法使用3.0通道,僅能退而求其次,改走PCI-E 2.0通道,那問題就來了PCI-E 3.0為8Gb/s、PCI-E 2.0則是5Gb/s,同樣採用2條PCI-E通道合併的狀況下,PCI-E 3.0為16Gb/s,而PCI-E 2.0則是只有10Gb/s,也就只比SATA 6Gb/s 6Gb/s多出4Gb/s而已,同時也等於M.2的10Gb/s,那麼SATA Express顯然在目前不成熟的狀況下並不會佔據優勢。

第二個面臨到的問題在於M.2介面就算目前才剛起步,至少也有少數幾款產品可以使用,但SATA Express則不然,目前根本沒有產品可供使用的狀況下,唯一的存在價值只剩下它可以直接相容於舊有SATA,這種情況下的速度當然也就只有SATA本身的頻寬,也根本就不會有任何加速的作用。

第三個面臨到的問題則是更加嚴重的致命傷,M.2、SATA Express這些高速介面目前都是依存在南橋底下,在文章一開始,我們就指出Intel目前處理器與晶片組之間的溝通橋樑目前仍為DMI 2.0,也就是最大吞吐量為PCI-E 2.0 x4,理論上為上下行各2GB/s的頻寬,而M.2、SATA Express這些頻寬至少PCI-E x2,甚至更高速的PCI-E x4,都是直接受到DMI 2.0這個頻寬所限。

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SATA Express能夠同時相容於PCI-E訊號或者是SATA訊號,藉由Host端判斷。

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SATA Express與SFF-8639類似,但SFF-8639具備4條PCI-E通道。

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SATA Express插頭的部分由於主機端需要同時處理2種訊號相容,在設計上面較奇特。

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SATA Express在設計上面採用PCI-E訊號加上SATA訊號二合一的方式組成,能夠相容於兩種不同裝置。

本文同步刊載於電腦王雜誌

 

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weison
1.  weison (發表於 2014年7月24日 10:38)
看來就算拿SATA SSD 去接 SATA EXPRESS PORT上的其中一組SATA PORT也不會變快了╮(╯_╰)╭

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