固态硬盘： PCIE 相对 SATA 的 4 大优势详解

前言：

在谈到固态硬盘的时候， 总会听说两种固态硬盘， SATA (AHCI 协议) 固态硬盘 和 PCIE(NVME 协议) 固态硬盘.

PCIE SSD 对比于SATA SSD， 有哪些优势呢：

1. 性能有数倍的提升及原因

1.1 IO 队列个数

AHCI规范下的SSD在测试时通常只会测试到队列深度为32的IOPS能力，而NVMe能够将队列深度从32提升到64000，这是多么巨大的提升显而易见；

1.2 PCI-E是全双工模式

其实从根本上来说，PCI-e比SATA快最大的原因是因为PCI-e为全双工模式，而SATA为半双工模式。

全双式模式指的是在设备A和设备B之间是双向链接，A可以向B发送数据，同时也能接收从B发送来的数据，B同样，可以同时接收和发送数据，这两个设备间有专门的发送和接收通道，数据能同时在两个通道间传输，这就是PCIe的全双工模式。

SATA就不一样了，虽然它也有独立的发送和接收通道，但是在同一时间，只能在一条通道上完成数据传输，要么就只能在一条通道上发送数据，要么就只能在另一条通道上接收数据，它们不能同时进行，这就是半双式模式。

1.3 PCI-E通道数量更多

SATA 只有一个通道。

PCI-e能通过增加通道数扩展带宽，正如前面说的，最多可以有32条通道数，通道数越多，速度越快，当然，成本也会越高，也更加耗电，在实际中可以根据需求决定使用多少通道，弹性十足，就像我们在主板上可以看到长短不一的PCIe插槽一样，有x1有x4有x16等，可以满足不同设备的要求。

1.4 PCIE 持续迭代更新

SATA 3.0 是 2009 年发布的， 自此后就没有再更新，速度的天花板是 500MB/s.

PCI-e规格的每次大版本更新，就会在速度上带来大幅提升，
1.0诞生于2002年，到了2007年PCI-e 2.0规范才出台，三年后PCI-e 3.0发布，这也是目前主流的PCI-e设计规范，PCI-e 4.0和5.0都属于未来，去年10月才推出4.0正式版，而5.0估计要明年才能完成正式版制定。
PCIe 6.0 标准已下发：速度是当下PCIe 3.0的8倍，最快2023年商用。

因此从先天设计上，SATA就注定输在起跑线上，在速度上已远被PCIE 降维打击。

2. 可大幅降低延迟

NVMe标准是面向PCI-E SSD的，使用原生PCI-E通道与CPU直连可以免去SATA与SAS接口的外置控制器（PCH）与CPU通信所带来的延时。NVMe标准的延时只有AHCI的一半不到，NVMe精简了调用方式，执行命令时不需要读取寄存器；而AHCI每条命令则需要读取4次寄存器，一共会消耗8000次CPU循环，从而造成大概2.5μs的延迟。

3. 自动功耗状态切换和动态能耗管理功能大大降低功耗

NVMe加入了自动功耗状态切换和动态能耗管理功能，在闲置时可以非常快速的控制在极低的水平，在功耗管理上NVMe标准的SSD会比现在主流的AHCI SSD拥有较大优势，这一点对移动设备来说尤其重要，可以显著增加笔记本和平板电脑的续航能力。

4. NVMe标准的出现解决了不同PCIe SSD之间的驱动适用性问题。

驱动程序的兼容性也是所有PCI-E SSD的一个共有问题，每个产品都有对应不同系统的专用驱动，这方面有些厂商做的非常出色，而另一些则 不怎么样，然而许多PCI-E SSD需要加载驱动才能够正常引导。NVMe SSD可以很方便的匹配不同的平台、系统，无需厂家提供相应的驱动就可以正常工作，目前Windows、Linux、Solaris、Unix、VMware、UEFI等都加入了对NVMe SSD的支持。

参考文献：
https://www.crucial.cn/articles/about-ssd/difference-between-nvme-ssd-and-sata-ssd
https://www.bilibili.com/read/cv16791775
https://product.pconline.com.cn/itbk/software/dnyw/1435/14354621.html