不迷糊！详解PCI-E与SATASSD如何选

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1为什么固态硬盘要采用PCI-E接口

　　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？

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。
2PCI-E协议与速度优势
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。

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：

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。


3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。

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