完秒SATA3.0 揭秘蘋果PCIe SSD來龍去脈

2021-01-11 中關村在線

    2013款MacBook Air上市,消費者除了驚豔它比iPad更為強大電池繼航性能,它的另一大亮點就是首次應用PCIe SSD,擁有5000MB/秒的帶寬,其讀寫速度輕易超過SATA3.0接口的速率限制。今天我們來揭秘這款PCIe SSD的來龍去脈,以及大家最為關心的問題:它是否能取代SATA3.0接口!  



完秒SATA3.0 揭秘蘋果PCIe SSD來龍去脈

    我們通過圖片識別,蘋果PCIe SSD和我們見過的2.5英寸SSD、PCI-E存儲陣列卡是完全不一樣的,它究竟是何方神聖呢?  


應用於新款Macbook Air的蘋果PCIe SSD(圖片來自iFixit)

    蘋果Macbook Air採用的PCIe SSD來自三星代工,走的是PCI-E總線,外觀類似蘋果上代SSD。


蘋果PCIe SSD的讀寫速度(圖片來自iFixit)

    從性能來看,蘋果PCIe SSD的讀取速度接近800MB/秒,寫入速度也達到760MB/秒以上,輕易突破SATA3.0接口的600MB/秒速率限制,其性能可謂光芒四射。以蘋果PCIe SSD為代表的新生代如何實現超越SATA3.0接口,今天我們將對它們的構架、原理進行分析。

2超極本PK蘋果本 實質為接口之戰

●超極本PK蘋果本 實質為接口之戰  

    蘋果2013款Macbook的死敵是英特爾新一代超極本,前者的外觀已不再富有創新色彩,也在拼性能和使用感受,那麼就拼硬體吧。新一代超極本和蘋果本拼什麼?  


超極本PK蘋果本

■NGFF到底有多可怕?

    2.0版本戰爭中的最大亮點莫過於英特爾NGFF接口技術,它提高超過9倍於SATA3.0的接口帶寬,通過SSD大幅提高整機性能。這對蘋果Macbook來說是一個巨大的威脅。


NGFF、mSATA、新一代蘋果SSD接口對比(圖片來自iFixit)

    為此蘋果採用SATA-IO標準組織制定的mSATA接口,巧妙與PCI-E總線相聯。我們通過上圖三種類型接口對比分析,蘋果新一代PCIe SSD在接口上的特立獨行,與傳統mSATA接口有別,和NGFF接口更是大相逕庭。

●名詞解析:NGFF(硬碟)接口技術  

    NGFF是為超極本(Ultrabook)量身定做的新一代接口標準,以取代原來基於mini PCI-E改良而來的mSATA接口。無論是更小巧的規格尺寸還是更高的傳輸性能NGFF都遠勝於mSATA。


NGFF標準規格圖解(圖片來自驅動之家)

    NGFF接口有B和M兩種接口界面,B key走的是SATA或PCI-E 2x通道,支援SSD、WWAN或者其他主要key界面,M則是PCI-E 4x通道,適合高速SSD。

3新舊蘋果SSD對比 細數核心變化

    我們對於蘋果PCIe SSD的了解相當有限,這並不妨礙我們對它進行剖析。無論是英特爾NGFF接口或者蘋果的獨特mSATA接口,它們的共性均直指PCI-E總線,不再和SATA接口較勁。

■新老蘋果SSD的異同:


新老蘋果SSD的核心變化:主控和接口(圖片來自iFixit)

    SSD實現的基本形式萬變不離其宗,新舊兩代蘋果SSD的核心變化當屬主控和接口。我們需要注意的是,當NGFF走SATA埠線路,它一樣可以接駁SATA設備,蘋果的獨特mSATA接口原理與之類似。

■PCIe SSD的核心關鍵

    PCIe SSD的接口是一種表示形式,它可能是PCI-E傳統接口,以顯卡的形狀出現。它的關鍵在於PCI-E 原生/橋接主控,這決定它是否能走PCI-E總線。其它部分諸如快閃記憶體和緩存,和SATA接口SSD大同小異。


PCI-E接口的SSD存儲陣列卡
主控:PCI-E橋接方式

    新一代蘋果PCIe SSD採用的是三星S4LN021X01-8030 PCI-E原生主控,它和840PRO SSD採用的S4LN053X01-8030 SATA埠主控不一樣。前者為新一代蘋果SSD帶來接近800MB/秒的讀寫速度;後者造成840PRO SSD無法突破600MB/秒的速度限制。

●NGFF SSD有多快?


mSATA/NGFF 接口SSD對比

    那麼NGFF接口的PCIe SSD有多快?它的讀取速度已實現1.4GB/秒,和PCI-E存儲陣列卡不相上下。也許我們不難理解當初蘋果的憂慮,以及它推出獨特mSATA接口的PCIe SSD的緣故。

4PCIe SSD崛起元兇:DMI牙籤總線

■PCIe SSD崛起的元兇:DMI牙籤總線

    新一代Macbook Air、超極本均採用8系主板,8系主板和7系主板晶片組的架構基本一致,拓寬的DMI總線用於增加SATA3.0、USB3.0接口。然而8系主板的DMI總線在今年臺北電腦展中再次暴露出它的「牙籤」本色--它支撐不起第4塊SATA3.0 SSD組RAID0,原因何在?


Z87主板總線帶寬限制三塊以上頂級SSD發揮性能

    註:RAID0可並行累加單塊SSD的90%性能,比如2塊SSD組RAID0可相當於1.8倍單塊SSD性能,3塊則相當於2.7倍單塊SSD性能。

■揭秘DMI總線限速之謎


DMI總線不為人知的秘密(點擊可放大)

    英特爾7系主板的DMI總線帶寬為2GB,它需要分配給SATA3.0、USB3.0、PCIE 2.0 1X等埠。英特爾為了避免6個SATA埠全速工作擠爆DMI總線,不為人知的對「SATA埠模塊」進行帶寬限制。我們在實際測試中發現,7系主板至多允許2塊頂級SATA3.0 SSD組建RAID0發揮性能,DMI總線帶寬不足造就兩個原生SATA3.0接口的Z77主板。


Z77主板僅有兩個原生SATA3.0接口

    編輯點評:當我們分析到這裡,網友們也許已經明白為何SATA3.0接口的帶寬無法提高,因為DMI總線帶寬不足。如果想要提高SSD的性能,首先要解決接口的帶寬限制,最好的辦法是學習PCI-E接口的存儲陣列卡,走PCI-E總線。

    PCI-E存儲陣列卡和顯卡一般大,英特爾和蘋果的PCIe SSD做到四兩拔千斤,那麼它們會不會取代SATA接口呢?

5兵戎相見:取代mSATA 殃及SATA

    得益於蘋果Macbook Air的PCIe SSD性能演示,以及蘋果在硬碟接口技術上的封閉保護,使得另一個開放硬碟接口NGFF成為硬體圈的熱門關鍵詞。它會不會取代mSATA、SATA3.0接口?我們從以下三方面分析:

■NGFF接口的設計初衷


SSD廠商躊躅滿志,積極備戰NGFF接口SSD

    新一代的SATA Expres標準已經在制定中,但是英特爾要等到下代Z97晶片組才會提供SATA Express支持。英特爾改用PCI-E技術原理去改善新一代超級本、筆記本電腦甚至平板的SSD性能需求,或者說NGFF的設計初衷是為了取代mSATA。

■成本、推廣力度考慮


當SSD全面PCIe化,NGFF技術不火都難

    NGFF SSD製造成本略高於mSATA SSD,良好成本控制是NGFF銷售推廣的一大利好因素。目前三星、浦科特、英特爾、威剛都已經發布了最新NGFF技術快閃記憶體產品,這對於NGFF技術的推廣起到了重要的意義。

■家用領域暫以高端出現


NGFF接口早期出現在高端主板

    NGFF將像mSATA獨立的面對消費級市場,同時OEM廠商將它直接普及到品牌電腦。家用Diy主板方面,由於NGFF涉及主板的PCI-E總線改動,增加涉及成本,加上mSATA接口的幹擾,預計NGFF接口在早期僅在高端主板出現。

    總結:相對於mSATA SSD,消費者在小幅增加成本的情況下,選擇更高速小巧的NGFF SSD更為划算。SATA3.0是否會殃及魚池,取決於主板廠商對NGFF接口的支持程度。在2013年,SSD廠商對於NGFF的投入遠要高於2012年廠商對於mSATA的投入,我們從廠商們的動作,已經能夠了解到NGFF接口以及PCIe SSD的清晰前景。

6三星840PRO詳細參數

2013款MacBook Air上市,消費者除了驚豔它比iPad更為強大電池繼航性能,它的另一大亮點就是首次應用PCIe SSD,擁有5000MB/秒的帶寬,其讀寫速度輕易超過SATA3.0接口的速率限制。

孫玉亮

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