SATA Express 的 AHCI 與 NVMe

我們先來看看 SATA / PCI-E 匯流排的速度.

• PCI Express 3.0

  PCI-SIG 的 PCI Express 3.0 規格,新版每條 Lane 的單向頻寬增到 8Gbps.
  但因為編碼方式改變了,相較於 2.0 之前採用 8b/10b (每10個bit只有8個是有效資料)而 3.0 編碼方式為 128/130,所以資料傳輸頻寬以及原始傳輸率基本當都可以算成 8Gbps
  x1 8Gbps (1GB/sec)
  x4 32Gbps (4 GB/sec)
  x8 64Gbps (8 GB/sec)
  x16 128Gbps (16 GB/sec)

• SATA

  Generation 1(1.5 Gbit/s) – (20% overhead – 每八個位元的資料串上用十位元來加以編碼) 1.2 Gbit/s = 150 MByte/s
  Generation 2(  3  Gbit/s) – (20% overhead – 每八個位元的資料串上用十位元來加以編碼) 2.4 Gbit/s = 300 MByte/s
  Generation 3(  6  Gbit/s) – (20% overhead – 每八個位元的資料串上用十位元來加以編碼) 4.8 Gbit/s = 600 MByte/s

可以看到 SATA 的速度是其實不快,不過因為以前的硬碟的速度也不太快大約 70-80MBs (7200rpm) 左右,但是 SSD 的單顆硬碟速度可以快達 500MBs 以上了,所以傳統的 SATA 介面的速度頻寬可能無法趕的上,所以 SATA-IO 制訂了 SATA Express™ 的介面(從SATA 3.2/SATA Express起,SATA將改為透過 PCI-E 3.0 的方式),主要是借由 PCI-E 的高速頻寬.

圖片出自於 : https://www.sata-io.org/ sites/default/files/images/ NVMe_and_AHCI_as_SATA_Express_Interface_Options_Overview_final.pdf

左邊是傳統的 Legacy SATA,右邊是新的 SATA Express 不過最底層的有分為 AHCI(Advanced Host Controller Interface) Controller,以及 Intel 主導的 NVME(Non-Volatile Memory express) Controller.

不過問題來了,要怎麼支援 SATA , SAS , SATA Express , NVME 的連接埠,所以定義了一種新的接頭 SFF-8639 這聯接頭是相容於 SATA , SAS , SATA Express , NVME 的.

圖片出自於 :
http://www.storagereview.com/micron_p320h_25inch_pcie_ssd_announced

詳細的 SFF-8639 的 pin 腳定義,我們可以從下圖看到 E10 E11 E13 E14 (PCI-E Lane 0) , S17 S18 S20 S21 (PCI-E Lane 1) , S23 S24 S26 S27 (PCI-E Lane 2) , E17 E18 E20 E21 (PCI-E Lane 3) 定義成 PCI-E Transmitter / Receiver differential pair ,其它還是沿用 SATA / SAS pin 腳的定義.

圖片出自於 : http://www.ssdformfactor.org/docs/SSD_Form_Factor_Version1_a.pdf

下圖是 SATA , SAS , SATA Express 的 pin 腳的定義比較圖

圖片出自於 : http://www.ssdformfactor.org/docs/SSD_Form_Factor_Version1_a.pdf