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儲存裝置跳槽PCI-E

礙於SATA傳輸介面頻寬限制,高速固態硬碟所採用介面,開始出現轉向PCI-E匯流排發展的趨勢。

PCI-E介面不卡速

這項轉變透露出,現今各式傳輸介面規格發展,未必能跟上相關應用裝置的頻寬需求。除了儲存裝置,包含Thunderbolt、USB 3.0等傳輸介面,也紛紛轉進採納PCI-E底層技術。某程度上來說,PCI-E 2.0、1.0的實際可用資料傳輸頻寬,其實和SATA之類介面相當。但是基於可合併多條資料通道,倍增傳輸頻寬的優點,因而成為熱門解決方案。

儲存裝置出現這樣的轉變,一點也不令人感到意外。畢竟固態硬碟已經成功打入企業市場,透過多顆儲存裝置建構RAID,雖然能提升存取效率,卻佔空間且增加維護管理的不便。這時候善用PCI-E匯流排頻寬與通道配置彈性,改為介面卡式設計(PCI Express based Solid-State Drives),反而更加簡單俐落。這些介面卡式固態硬碟,普遍採用4∼8條PCI-E 2.0通道設計,理論可用頻寬在2GB/s∼4GB/s之間。

傳輸速度破GB/s

如開頭提過的OCZ這類產品,早先大多是以標準型固態硬碟控制器,搭配磁碟陣列控制器組成。由於磁碟陣列控制器可能是PCI-X之類介面,必要時還得加上PCI-E橋接晶片,以構成完整的方案。

即便這樣設計是合併2至4組固態硬碟,透過RAID 0壓榨出傳輸效率,對使用者而言,它都只是「1」個實體硬體裝置。通常只會佔用1個匯流排插槽空間,且可以堆疊子卡擴增容量,最小從50GB起跳,最高可達TB等級。

省空間且不需要額外的磁碟陣列控制器,也不會佔用多組SATA連接埠,還有一堆煩雜擾人的線材,是這類介面卡式固態硬碟最大優點。使用上唯一不同處,就是得安裝驅動程式,以便讓系統認得磁碟陣列控制器。

SATA傳輸介面與PCI-E匯流排頻寬比較
規範 傳輸速率 理論頻寬 最高總頻寬
PCI-E 1.x 2.5GT/s 250MB/s 8GB/s
PCI-E 2.x 5GT/s 500MB/s 16GB/s
PCI-E 3.x 8GT/s 1GB/s 32GB/s
SATA 6Gb/s 6GT/s 600MB/s N/A
SATA 3Gb/s 3GT/s 300MB/s N/A

 

企業應用主導發展

為滿足企業用戶的需求, 這項趨勢轉變, 已經引起各大廠的注目。Micron推出更為進化的架構設計,將固態硬碟與磁碟陣列控制器全整合在一起,取代那些經過多層晶片轉換,可能存在效能瓶頸的設計架構。首款產品命名為RealSSD P320h,雖然容量只有350GB和700GB選擇,但是標榜存取速度亦可達到2∼3GB/s水準。

至於相當容易取得的OCZ產品,包含消費端的RevoDrive,以及RevoDrive 3、Z-Drive、 VeloDrive等商業級產品線,也進化成採用自家原生PCI-E介面磁碟陣列控制器,只是並未包含固態硬碟控制器。OCZ普遍採用SandForce固態硬碟控制器,在VCA 2.0虛擬化控制器架構(Proprietary Virtualized Controller Architecture)下,最高能達到3GB/s的傳輸速度。

完全看懂 Intel 新介面:10Gbps 超高速 Thunderbolt

▲ OCZ新架構設計的RevoDrive 3,120GB參考價格為16,900元,存取速度可達讀取975MB/s、寫入875MB/s。但是以標準2.5吋機種,經RAID 0組合出120GB容量,只要8,000∼10,000元的花費。因此介面卡式固態硬碟是否值得,得視平台硬體配備狀況,以及應用需求而定。

NVM Express一統江湖

如你所見,有越來越多高速固態硬碟,改採用PCI-E匯流排介面設計,而且並非廠商土砲自爽。由數十家相關廠商組合而成的NVMHCI (Non-Volatile Memory Host Controller Interface,非揮發記憶體主機控制器介面)工作小組,在年初頒佈NVMExpress 1.0版本規範,讓PCI-E固態硬碟有統一設計規範可以遵循。

NVM Express規範定義了最佳化暫存器介面(register interface)、指令集,以及功能集,讓PCI-E固態硬碟能夠支援64個I/O佇列,且每個佇列可執行64K指令。此架構意在最佳化多核心系統設計,讓每個核心能夠執行佇列與中斷指令,達到多線程同時運作的能力,確保固態硬碟發揮出最佳執行效能。

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▲ NVM Express組織logo。該組織由Intel領導,包含SandForce、Marvell、Micron、 Dell、EMC、STEC等廠商,皆為主要成員。

面對目前五花八門的PCI-E固態硬碟設計,包含硬體元件開發、系統設計,以及驅動程式開發人員,未來在NVM Express規範底下,可以縮短產品研發時程與成本。理論上,作業系統廠商也只需要撰寫1套驅動程式,就可以支援各式符合規範的產品。

mSATA通吃雙訊號

Intel除了投入制定NVM Express規範,口袋裡還有針對行動平台最佳化設計的mSATA方案,SSD 311系列固態硬碟就是採用這樣的規格。mSATA相容於SATA訊號,但是改採用PCI-E Mini Card尺寸與接腳設計,相較於2.5吋機種可減少約80%體積,特別適合輕薄型筆電、小筆電、手持裝置等行動平台採用。

值得注意的是,mSATA連接器和PCI-E Mini Card完全相容,電路實做除了連接至SATA控制器外,也能透過PCI-E匯流排介面與系統連結。可同時兼容2種訊號的mSATA,取用SATA 6Gb/s、SATA 3Gb/s或是PCI-E 2.0 x1(傳輸頻寬500MB/s)頻寬,能帶來新的應用方式。

行動平台標準化

在行動裝置與超輕薄筆電上,可採用full size或half size的mSATA固態硬碟模組,做為儲存裝置。常規筆電則是更好的發揮平台,以容量小但效能高的固態硬碟當系統開機碟,另搭配標準2.5吋傳統硬碟機,提供充裕的資料儲存空間。相較於裝置廠商以往的設計方式,mSATA能夠減少產品設計開發時程,並且降低成本。

但如果你認為Intel的規劃藍圖僅只於此,可就小看他了!事實上,Intel也將mSATA納入桌上型電腦平台參考設計中,Mini-ITX主機板與工業控制用電腦,都是首選發展舞台。

mSATA搭ISRT加速

相信大家都注意到,技嘉率先跟進風潮,將mSATA整合進主機板產品線。GA-Z68XP-UD3-iSSD這款焦點產品,採用Intel Z68晶片組設計,出廠已經預設配置20GB容量的Intel SSD 311系列固態硬碟。現階段應用除了當系統開機碟外,主要是能搭配Z68晶片組內建的Intel Smart Response Technology功能,為傳統硬碟提供Hybrid混合磁碟加速效果,理論上能提升3∼4倍的執行效率。

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▲ 技嘉GA-Z68XP-UD3-iSSD採用Z68晶片組,出貨預設配置20GB容量mSATA固態硬碟,可單純使用或搭配ISRT為傳統硬碟加速。

不過稍嫌可惜的是,這組合只能以SATA 3Gb/s訊號和系統連結,因此當mSATA啟用時,將無法使用第5組SATA連接埠。而且目前的BIOS版本也無法選擇開啟或關閉mSATA模組,等於是強迫買了就得使用它,注定少1組SATA連接埠可用。

筆者認為,無論Intel將mSATA導入個人電腦主機板,是否存在更遠大的目的。假使能完整同時兼容SATA與PCI-E訊號,可望帶來更多的應用彈性。

延伸閱讀:

看懂 USB 3.0:為什麼很快?架構完整大介紹

<更多內容請參考86期電腦王

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neco
2.  neco (發表於 2011年9月21日 16:25)
※ 引述《Charlie20083》的留言:
> 所以古老的Eee PC 701SD用的Mini PCI-E的SSD也算是mSATA的意思囉?

mSATA的connecter是mini PCI-E,但內部走的線是SATA的訊號,所以兩者是無法相容的
至於Eee PC就得看他走線是如何、以及pin define是否與mSATA相同,如相同就可通
bisheng
3.  bisheng (發表於 2011年9月21日 20:13)
類似ExpressCard可以包入USB那樣,沿用mini PCI-E
插槽規格的mSATA,是可以同時兼容PCI-E和SATA訊號,
透過配置在主機板上的切換晶片來設定選則要走哪個介面
訊號。

但這只是就架構面而言,不代表Eee PC和任何支援mSATA
的裝置具備這樣的設計。
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4.  mickey (發表於 2011年9月21日 23:24)
是INTEL跟APPLE共同研發,
2012前APPLE獨享專利使用權= =
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5.  俊逸桑 (發表於 2011年9月22日 03:17)
Thunderbolt必須要另尋用途, 不可能跟USB30對打.
因為所有的手機都支援USB20/OTG, USB30支援也是遲早的事.
bisheng
6.  bisheng (發表於 2011年9月30日 16:29)
Intel出Thunderbolt技術、Apple出DisplayPort的不知道什麼碗糕,這種「共同研發」的名聲真好賺,還能得到一年優先獨享採用的權利 〒ˍ〒
B3b42315af060ac3c7a533ded7804112?size=48&default=wavatar
7.  ╮(╯_╰)╭ (發表於 2012年6月05日 13:04)
※ 引述《bisheng》的留言:
> Intel出Thunderbolt技術、Apple出DisplayPort的不知道什麼碗糕,這種「共同研發」的名聲真好賺,還能得到一年優先獨享採用的權利 〒ˍ〒
傻子都知道 Thunderbolt 主要推手是 Apple
如果 Apple 不跳下去推,Thunderbolt 只會變成第二個 Rambus

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