深度剖析 PCIe v.s SATA 介面大不同！路越寬，資料流動越激情！有感提升電腦效能

在產品適用性不斷提升下，SSD固態硬碟幾乎已成為電腦的標準配備，原因不外乎是其所帶來的資料高速存取體驗，特別是對傳統的SATA介面機械硬碟來說，同樣的SATA介面，換用SSD固態硬碟後，就能為消費者提供機械硬碟遠比不上的存取效能。

雖然在SATA介面的宇宙中，SSD固態硬碟可以說是完勝機械硬碟，不過，SATA介面畢竟是為了機械硬碟所制訂的早期規格，所以，受制於其規格、架構，SSD固態硬碟根本無法發揮出應有的效能表現，反倒是近年來逐漸盛行的PCIe介面，才是最能徹底釋放SSD固態硬碟效能的規格。

PCIe、SATA傳輸規格比較表

因此，隨著SSD固態硬碟在儲存市場上逐漸普及，加上PCIe SSD固態硬碟的價格也不再是那麼高不可攀的情形下，受制於傳統SATA介面的SATA SSD固態硬碟，在存取效能和價格的比較上更顯出其捉襟見肘的窘境，也讓許多需要更高存取效能的消費者紛紛轉而選購PCIe SSD固態硬碟。 

然而在選購上，儘管現今PCIe SSD固態硬碟多半是指外觀像口香糖般、長條狀的M.2規格產品，但是由於M.2規格所支援的介面、插槽類型相當多元，不像SATA SSD固態硬碟只需留意單一的SATA介面規格就能搞定，更別說還有軟、硬體平台的安裝相容性問題，因此，底下我們針對這些選購PCIe SSD固態硬碟要留意的相關資訊逐一說明，期望能降低消費者在選購上的疑惑！ 

▲ 除了SATA或PCIe介面外，關於M.2 SSD固態硬碟另一個最常看到的數字，像是2242、2260、2280…等，其實就是M.2 SSD固態硬碟的尺寸大小，以Intel 660P M.2 SSD固態硬碟的「2280」數字為例，就是表示其尺寸大小為寬22 mm、長80 mm。

PCIe和SATA傳輸介面差異

就以當前主流的PCIe 3.0和SATA 3.0介面規格來說，從前面的「PCIe、SATA傳輸規格比較表」中，可以看到PCIe 3.0僅一條通道（x1）在單向傳輸下，其8 Gbps頻寬已經超過SATA 3.0的6 Gbps頻寬，更別說其頻寬還可以透過通道的累加（x2、x4、x8、x16）、雙向傳輸的加持，來達到SATA 3.0完全看不到PCIe車尾燈的極速狀態。 

而除了傳輸頻寬上的優勢外，PCIe SSD固態硬碟另一個優勢，就是在與系統平台進行傳輸資料時，只需透過PCIe匯流排連結到晶片組或處理器裡內建的PCIe控制器，以點對點的方式直接進行資料傳輸；反觀SATA SSD固態硬碟與系統平台之間則是多了一個SATA控制器，造成在進行資料傳輸時，無可避免會因為該控制器是晶片組原生內建，或是第三方廠商提供而產生程度不一的資料傳輸延遲時間。

▲ 得力於大幅簡化傳輸架構的PCIe介面，在資料傳輸的延遲性遠比SATA介面來得短，也為效能添增更進一步的優勢。

應用多元的M.2規格

由於PCIe SSD固態硬碟是採用M.2規格為主流，而M.2規格前身又是Intel用來取代mSATA介面，並導入筆電平台以力推小型化系統發展的NGFF（Next Generation Form Factor）介面規範，所以，在Intel制訂介面規範的過程中，並未限制其所使用的訊號協定，僅定義了尺寸規格與工作電壓…等項目，因此，讓M.2規格得以相容於USB、SATA、PCIe，甚至音訊、網路…等多種介面控制器，雖然提高了廠商在設計3C產品的自由度，但也讓M.2規格變得複雜許多。 

首先，從設備端（主機板）上的M.2插槽來說，M.2插槽就分別有Socket 1、Socket 2、Socket 3…等三種插槽形式，而不同形式的插槽所對應的產品鍵位（金手指）並不一樣，自然可以安裝的產品也會有所不同，其中，由於Socket 1所對應的A Key鍵位，多半是無線網卡所採用的鍵位，不在SSD固態硬碟的範圍內，因此，底下將略過不提。 

至於Socket 2、Socket 3這兩種插槽形式，雖然都能安裝M.2 SSD固態硬碟，但是其所對應的產品鍵位、支援的介面、傳輸速率卻有很大的差異。 

Socket 2、Socket 3兩種形式M.2插槽規格表

對應B Key鍵位的Socket 2插槽形式，分別支援SATA和PCIe兩種介面的M.2 SSD固態硬碟，但要注意的是，其PCIe介面最高僅支援x2通道，在雙向傳輸下最高頻寬只有4 Gbps；而對應M Key鍵位的Socket 3插槽形式，則是只有支援PCIe介面的M.2 SSD固態硬碟，但是，其PCIe介面最高可以支援x4通道，在雙向傳輸下最高頻寬能夠達到8 Gbps。 

為了讓消費者能夠在設備端上的Socket 2或Socket 3插槽形式正確安裝、使用其所對應SATA或PCIe介面SSD固態硬碟，這兩種插槽形式都分別設計有不同位置的防呆缺口，來避免消費者發生混用的情形。 

不過，有些廠商為了讓旗下所推出的M.2 SSD固態硬碟，能夠同時兼容Socket 2和Socket 3插槽形式，所以，會把金手指部分設計成B+M Key的形式。

▲ M.2 SSD固態硬碟有B Key、M Key，以及B+M Key三種不同形式鍵位，以用來對應、區別SATA、PCIe傳輸介面產品。

▲ Intel SSD 660p SSD固態硬碟是走PCIe 3.0 x4通道進行資料傳輸，所以，其鍵位是對應Socket 3插槽形式的M Key。

▲ PLEXTOR S2G SSD固態硬碟是走SATA 3.0介面進行資料傳輸，但為了能兼容Socket 2和Socket 3插槽形式，所以，其鍵位是設計成B+M Key。

但是，能夠安裝，不代表就能夠正常使用，因為，有些主機板上的M.2插槽只支援PCIe介面，就算該M.2插槽可以安裝B+M Key的M.2 SSD固態硬碟，主機板也偵測不到該M.2 SSD固態硬碟，除非主機板廠商在設計時，讓該M.2插槽可以共用SATA和PCIe介面，這樣主機板才能偵測到已安裝的M.2 SSD固態硬碟。 

所以，如果主機板上有一個以上M.2插槽的話，在安裝M.2 SSD固態硬碟之前，最好先翻閱主機板使用手冊，確認想要使用的M.2插槽是支援哪一種傳輸介面，來避免發生因安裝錯誤而偵測不到M.2 SSD固態硬碟的情形。 

▲ 以華擎Taichi Z370主機板來說，由於其提供多達3個M.2插槽，因此，在安裝M.2 SSD固態硬碟之前，最好先翻閱主機板使用手冊來確認哪一個M.2插槽可以支援手上的M.2 SSD固態硬碟規格。

▲ 如果電腦沒有M.2插槽，但又想要使用M.2 SSD固態硬碟的話，可以另外選購一張M.2轉PCIe介面卡來解決安裝使用上的問題。

解放SSD固態硬碟效能的NVMe傳輸協議

在原本是針對過往低速、高延遲的機械硬碟所制訂的SATA介面、AHCI傳輸協議…等規格，卻造成SSD固態硬碟無法徹底發揮高速、低延遲的性能優勢，進而成為其效能瓶頸的情形下，Intel早在2007年IDF開發者論壇中，就針對了SSD固態硬碟提出「NVMHCI（Non-Volatile Memory Host Controller Interface）非揮發性記憶體控制介面」規範，同年並邀集了DELL、Micron、Marvell、Samsung、EMC、IDT、NetAPP…等公司成立NVMHCI工作小組，並於2008年4月完成NVMHCI 1.0規範。 

而在確定採用PCIe做為標準化的連接介面後，2009年下半年另成立的NVMe（Non-Volatile Memory Express）工作小組，更在取得90多家公司的支援後，在2011年3月正式發佈NVMe 1.0技術規範。 

由於Intel在9 / 100系列之後的晶片組已經開始支援NVMe傳輸協議，加上自Windows 8.1 / Windows Server 2012 R2之後的作業系統也已經內建NVMe驅動程式，因此，在相同的電腦平台上，使用支援NVMe傳輸協議的SSD固態硬碟，會比使用一般的SSD固態硬碟擁有下列兩大效能優勢： 

優勢一：低延遲

和AHCI傳輸協議相比，採用PCIe做為標準化連接介面的NVMe傳輸協議，由於是透過原生的PCIe控制器直接連接CPU，而不是透過南橋晶片再轉接到CPU（如果是使用南橋晶片所提供的PCIe介面，那又另當別論）；再加上NVMe傳輸協議在執行存取命令時，不像AHCI傳輸協議在執行存取命令都需讀取4次暫存器，一共耗費8000次CPU週期（2.5微秒），因此，可以大幅降低這兩項因素所造成的延遲現象。

▲ 一般來說，儲存裝置在存取資料時，儲存媒體、控制器、軟體驅動介面往往是造成存取延遲的三大因素。優勢二：高IOPs效能

如果從理論上來說，IOPs = 佇列深度 / IO延遲，所以，在SSD固態硬碟主控制器所內建的「佇列深度（Queue Depth）」參數，和IOPs的效能高低有一定的關係，不過，在實際應用中，隨著佇列深度增加，IO延遲也會提高，所以，IOPs效能並非是和佇列深度成正比。 

以SATA介面SSD固態硬碟來說，在佇列深度上都可以達到32，而這也是AHCI傳輸協議的極限，但在企業應用的高階PCIe SSD固態硬碟上，為了要發揮理論上最高的IOPs效能，其佇列深度多半是128，甚至是256，而採用NVMe傳輸協議的SSD固態硬碟，其佇列深度則是一舉拉高到64000外，佇列數目也從AHCI傳輸協議的1個，大幅增加到64000個。 

▲ 除了帶來低延遲優勢外，NVMe傳輸協議另一項優勢就是提升SSD固態硬碟的IOPs（Input/Output Operations Per Second）效能，也就是SSD固態硬碟每秒的資料存取次數。

雖然採用NVMe傳輸協議的PCIe介面SSD固態硬碟可以帶來更高的效能，不過，相對的想要安裝、使用的軟、硬體平台也得具備一定的規格水準，而基本上，只要是Intel 9 / 100系列之後的晶片組、Windows 8.1 / Windows Server 2012 R2之後的作業系統，由於都已內建支援NVMe傳輸協議的BIOS模組或驅動程式，所以，在安裝使用上並不會有太大的問題。 

▲ 採用Intel Z370晶片組的華擎Taichi Z370主機板，由於BIOS已經內建支援NVMe傳輸協議的模組，所以，可以正確偵測、顯示所安裝的PCIe NVMe SSD固態硬碟。

但是，如果想要把支援NVMe傳輸協議的SSD固態硬碟作為開機碟使用的話，那麼，依Intel說明文件指出，主機板BIOS最少需要支援UEFI 2.3.1以上的版本，並把作業系統安裝到GPT分割區才能正常開機；另外，如果想要安裝使用支援PCIe 3.0 x4的PCIe介面SSD固態硬碟的話，那麼，還得留意處理器的等級也不能太差，這樣才有足夠的通道數供PCIe介面使用，新組裝的電腦比較無須擔憂這些問題，但如果是舊電腦的話，可能就需要確認一下平台的支援性了。 

PCIe SSD與SATA SSD的效能比較  

也許從前面的內容中，你知道SSD固態硬碟所採用的介面規格中，PCIe介面的傳輸速度比SATA介面來得快，但又好奇它們彼此的傳輸速度真的差那麼多嗎？ 

因此，我們以手上相同容量（512 GB）、相同M.2規格，但不同傳輸介面的Intel 660P PCIe SSD固態硬碟和PLEXTOR S2G SATA SSD固態硬碟，分別在同一組系統平台上以作為系統開機碟的方式，使用Anvil's Storage Utilities、ATTO Disk Benchmark、CrystalDiskMark、PCMark 8來進行存取測試，讓你可以確信並具體知道PCIe介面的傳輸速度比SATA介面快了多少！ (延伸閱讀：SSD 價格持續探底，選 SATA 6Gb/s 不如選更快的 NVMe，Intel SSD 660p 1TB M.2 版本實測)

測試平台環境  

▲ 使用Anvil's Storage Utilities測試工具，以1 GB大小的檔案進行「資料無壓縮（Incompressible）」讀寫測試後，Intel 660P PCIe SSD固態硬碟（上）的讀取速度為3734.17 MB/s、寫入速度為5019.55 MB/s，整體的讀寫效能成績則為8753.72，而PLEXTOR S2G SATA SSD固態硬碟（下）的讀取速度為1644.89 MB/s、寫入速度為2642.86 MB/s，整體的讀寫效能成績則為4287.74。 ▲ 在ATTO Disk Benchmark測試工具參考指標的Neither測試模式中，Intel 660P PCIe SSD固態硬碟（左）於64MB的 Transfer Rate最高讀取、寫入速率分別為1582.911 MB/s、965.595 MB/s，分別是PLEXTOR S2G SATA SSD固態硬碟（右）最高讀取速率546.588 MB/s、寫入速率511.305 MB/s近2.9與1.9倍之高。 ▲ 在CrystalDiskMark測試工具的標準測試模式下，以1 GB大小的檔案進行「隨機亂數模式」讀寫測試後，Intel 660P PCIe SSD固態硬碟（左）的最高讀取、寫入速率分別為1569.2 MB/s、986 MB/s，而PLEXTOR S2G SATA SSD固態硬碟（右）的最高讀取、寫入速率分別為553 MB/s、519.3 MB/s。 ▲ 同樣不意外的，在PCMark 8的Storage綜合測試中，Intel 660P PCIe SSD固態硬碟（上）的效能成績為5048，也比PLEXTOR S2G SATA SSD固態硬碟（下）的4937效能成績來得高，特別是兩者的頻寬效能也相差近一倍之多。

效能先決的聰明選擇  

對一般的電腦用戶來說，如果電腦只是拿來上網、看Youtube影片、打文書作業的話，或許SATA介面SSD固態硬碟的效能就能夠滿足使用需求了，但是對電競玩家、影音創客這些中、重度電腦族群而言，追求極致效能卻是一條無止盡的路。 

因為不管是在電競體驗中遊戲場景更換的流暢度，或是影音創作過程中影片處理、照片編修…等，電腦本身的規格性能固然是相當重要，但更多時候的操作瓶頸總是發生在資料存取的部分，而從前面的實際測試中，我們也可以看到跟SATA介面相比，採用PCIe介面的Intel SSD 660p 512GB 固態硬碟的存取效能遠比前者高出許多。 

除了優異的效能外，選購3C產品的另一個重點不外乎是「價格」。 

同樣再以Intel SSD 660p 512GB 固態硬碟為例，撰稿當下在原價屋網站的售價為NT$ 2,788，落在相同容量的2.5” SATA介面SSD固態硬碟的NT$ 2,388 ~ 2,888價格區間帶裡，雖然與最便宜的其它產品價差有NT$ 400，但是，Intel所提供的「5年保固」，卻是比其他產品的3年保固還多2年，兩相比較下，其實頗為划算！因此，在效能狠甩且價格直逼SATA介面SSD固態硬碟的趨勢下，對電競玩家、影音創客們來說，PCIe介面SSD固態硬碟絕對是相當有提升感的聰明選擇！(同場加映：小心低價陷阱！SATA vs PCIe SSD 你該怎麼選？一次告訴你藏在細節裡的魔鬼！)

(延伸閱讀：儲存新趨勢！QLC快閃記憶體參上，SSD儲存戰力再進化的關鍵！)

產品資訊

Intel SSD 660p 1T

(02)2545-1640