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各自优势为哪些?详解PCI-E与SATA SSD如何选

2016-10-10 21:35:23 来源:中关村在线 作者:赵欢鑫 我要评论:0 点击量:145

  在计算机发展的这60年中,从最初的打孔卡到今天的固态硬盘,存储介质发生了翻天覆地的变化。近几年固态硬盘更是发展迅速,随着固态硬盘生产工 艺以及用户对读写速度的追求,越来越多的中高端SSD开始选择PCI-E接口来进行SSD与主板的对接。在本篇文章中笔者将详细介绍SATA通道与 PCI-E通道固态硬盘的优缺点,让大家在装机选择固态硬盘时做到心中有数,按需购买。

为什么要采用PCI-E通道?

   那么为什么固态硬盘要舍弃SATA 3.0接口而要采用PCI-E接口呢?我们先来了解一下两种接口硬盘的工作原理:在传统SATA硬盘中,当我们进行 数据操作时,数据会先从硬盘读取到内存,再将数据提取至CPU内部进行计算,计算后写入内存,存储至硬盘中;而PCI-E就不一样了,数据直接通过总线与 CPU直连,接近最大的传输速度,最大的数据量,省去了内存调用硬盘的过程。简单的说,我们可以把两种通道理解成两辆相同的汽车,PCI-E通道的汽车就像是在高速上行驶,而SATA通道的汽车就像是在崎岖山路上行驶,你说哪个速度快?

PCIE与SATA固态硬盘装机如何选
不同接口固态硬盘速度表

  从上图中我们可以看到,目前主流的SATA 3.0通道的最大传输速度为6Gbps,实际速度最大为560MB/s,SATA通道已经无法满足固态硬盘日益增长的读写速度,所以PCI-E固态硬盘应运而生。

   但是有些读者可能有疑问,为什么我的固态硬盘是M.2接口的,但是速度并不快呢?M.2最初叫做NGFF,全名是 Next Generation Form Factor。这个接口很特殊,同时支持SATA和PCI-E两个通道,很容易让人误解。其实并不是所有的 M.2固态硬盘读写速度都很快,如果是采用SATA通道的M.2接口固态硬盘,读写速度不会超过550MB/s。还要注意的是,主板厂商的M.2接口有的选择了CPU原生的PCI-E通道,有的是通过PCH南桥扩展出来的,这可能对固态硬盘的速度产生影响。

AHCI与NVMe协议

  说完接口,我们再来聊两种固态硬盘的协议。就好像IDE总要走到 头,AHCI似乎也出现了瓶颈。现在所用的SATA接口与AHCI标准其实是为高延时的机械硬盘而设计的,目前主流固态硬盘依然继续使用它们,早期固态硬 盘性能不高时可能还不觉得有什么问题,但是随着固态硬盘的性能逐渐增强,这些标准已经成为限制固态硬盘的一大瓶颈,专为机械硬盘而设计的AHCI标准并不 太适合低延时的固态硬盘。

不迷糊!详解PCI-E与SATA SSD如何选
图片来自互联网

   NVMe的一大优势就是低延迟。这主要是因为流线型的存储堆栈,NVMe无需读取寄存器就可以发出命令。AHCI的每个命令都需要读取4个不可缓存寄存 器,从而导致大约2.5μs的额外延迟。低延时和良好的并行性的优势就是可以让SSD的随机性能得到大幅度提升,在任何队列深度下都能发挥出极佳的速度。

   NVMe对固态硬盘的IOPS性能提升也比较大。因为在制定AHCI规范时,并行性的想法没有完全加入到规范内,利用NCQ功能可以对传输能力进行优 化,但是接口并不允许SSD真正最大限度地发挥其应有的并行性。此外,对于移动设备用户来言,使用NVMe存储设备可以对电池续行起到很大帮助。NVMe 加入了自动功耗状态切换和动态能耗管理功能,设备从能耗状态0闲置50ms后可以迅速切换到能耗状态1,在500ms闲置后又会进入能耗更低的状态2。虽 然切换能耗状态会产生短暂延迟,但闲置时这两种状态下的功耗可以控制在非常低的水平,因此在能耗管理上,相比起主流的SATA接口固态硬盘也拥有较大优 势。

速度对比
  下面我们看一下两种固态硬盘速度对比:

不迷糊!详解PCI-E与SATA SSD如何选
左图为SATA固态硬盘,右图为PCI-E固态硬盘

 

  两者的AS SSD跑分速度差距明显,无论是连续读写、还是4K测试,PCI-E固态硬盘都远远领先SATA固态硬盘,综合得分PCI-E固态硬盘高出SATA固态硬盘三倍有余。

普通用户装机时应该如何选择

  说了这么多,有些读者可能有些迷糊,为了帮助大家理解,笔者将各种接口以及速度对比绘制成表格,这样就可以一目了然。

不迷糊!详解PCI-E与SATA SSD如何选
不同接口固态硬盘协议

选购建议:

   虽然PCI-E固态硬盘有诸多好处,但也不是每个人都适合。PCI-E固态硬盘由于闪存颗粒和主控品质问题,总体成本较高。相比传统SATA固态硬盘价 格贵很多,比如500GB SATA固态硬盘价格大概在六七百元,而同容量的PCI-E固态硬盘价格至少2000元以上。另外,由于PCI-E会占用总线 通道,入门以及中端平台CPU通道数较少,都不太适合添加PCI-E固态硬盘,只有Z170,或者是X79、X99这样顶级平台,才可以完全发挥PCI- E固态硬盘的性能。对于双显卡用户,采用PCI-E固态硬盘会对显卡性能造成一些影响,不过影响不大。总的来说,如果你是一个不差钱的土豪,那么就选 PCI-E固态硬盘吧!但如果你的整体平台属于中低端,选一款普通的SATA固态硬盘也就足够了。