SAT Revision 3.2技术浅析

　　SATA接口的发展似乎面临着一个分裂点：以SSD为代表的高速设备已经不满足目前SATA 6Gbps的速度了，它们需要更快的速度和更高速的接口来满足数据传输的需求；以HDD为代表的传统机械硬盘，持续传输速度受限于转速很难提升到300MB/s以上，继续发展接口速度似乎也没什么用。在这种情况下，SATA-IO发展出了新的方案——SATA Express，它可以让SSD这样的高速设备的传输速度进一步狂奔下去。而对HDD而言，在目前的标准上继续前进、扩大适应性并增加功能即可。这就是SATA Revision 3.2，一个对SATA未来发展进行修正的新版本，包含了过去的内容也增加了不少新功能。

　　SATA Revision 3.2发布时间是2013年8月9日。顾名思义，Revision 3.2是SATA 3.0版在2009年发布后的新的增补版本。SATA Revision 3.2主要包含了针对高速存储设备的SATA Express接口（本刊在2 0 1 3年2月下的《SATA Express技术前瞻分析》 -文中曾经对已知信息做出过详细分析，在本文中，仅简单介绍这部分内容，不会过多涉及）、新增加昀M．2接口、新的SATA USM接口以及一些节能和电源管理的新技术。总的来看，由于它是一个对老技术的增补完善，并且大部分技术内容都已经有过详细的披露和解读，因此整体新内容不多。

　　SATA Revision 3.2实际上也反映了目前SATA-IO组织在制定新的存储标准上的分歧。目前SATA3.0的速度标准为6G b/s，这个接口速度对HDD来说是完全够用甚至绰绰有余的。受限于HDD本身技术原理，在盘片转速无法大幅度提升的情况下，光靠盘片密度的提升来提高持续读写能力已没有太大效果，因此目前HDD的持续读写速度普遍在200M B/s左右，离接口技术标准中的600M B/s还有很大的距离。但对SSD来说，SATA 6Gb/s就完全不够用了，一些新的SSD持续写入能力已经超过了550M B/s，几乎就是贴着标准的边缘——显然，接口速度已经限制了SSD性能的充分发挥。

　　接下来怎么办呢？如果继续发展SATA接口，提出人们心中的SATA12Gb/s的话，首先光是高速传输的问题就很难实现，12G b/s的数据传输速度即使依靠各种纠错技术，都肯定会对线缆、PCB、甚至SATA存储芯片提出更高的、目前难以达到的需求，短期内实现因难很大。况且对高速度的需求只有SSD比较迫切，即使很快制定出SATA12G b/s，利用多通道技术快速发展的SSD很快填满12G b/s的传输通道也不是什么难题，接下来怎么力口难不成又推出SATA 24G b/s？ssD的陕速发展在短期内还看不到太明显的限制。对HDD来说，SATA6G b/s都还没完全利用，更快速的发展就更没有必要了。

　　因此，SATA-IO干脆将整个技术规格分为两块，一部分是针对SSD高速需求，专门推出了利用PCI-E总线的SATA Express，传输速度特别是扩展性能都非常优秀；另一部分是继续在SATA6Gbps上小修小补，加入各种新功能以适应不断发展的市场和用户需求——这就是目前的SATARevision 3.2，一个修正和更新的SATA技术版本。接下来，本文就将为大家介绍SATA Revision 3.2的一些新技术，主要包括M．2接口、microSSD、SATA USM、SATAExpress以及功耗控制技术等。M．2接口是SATA-IO针对市场不断变化而推出的新一代、更为迷你的一种小型接口。实际上，SATA-IO之前为移动设备或者小体积设备专门推出过mSATA接口，基于这种接口芯片、整个PCB的尺寸大约在5ilmmx30mm，厚度大约为4.85mm。SATA-IO在制定这项标准的时候，没有估计到诸如超极本、MacBook Air这样超轻薄设备的问世，因此对超极本、尤其是目前出现的超便携设备比如平板来说，mSATA的尺寸还是略大了点。

　　为了解决这个问题，SATA-IO又推出了新的M．2规范。M．2规范既可以使用SATA接口，也可以使用PCI-E总线链接，完全能够满足SSD高速发展的需求。从尺寸来说，一款标准M．2接口SSD的尺寸为42mmx22mm．在配置单面芯片时厚度仅为2.75毫米，配置双面芯片时厚度为3.85毫米。除了基准规格外，SATA-IO还推出了三种扩展规格。这三种扩展规格主要适用于更大容量的SSD产品，它们都是22mm宽，但长度更长一些。最长可以达到基准M．2产品的2倍以上甚至更长。

　　在尺寸变薄、变小后，M．2接口的SSD更适合放置在移动设备中。不过体积变小后，会不会影响到速度呢7答案是——不会。因为M.2接口不但速度快、而且配置可选。M.2设备在插槽处设计了两个空槽，分别称为B键锁和M键锁。其中当B键锁激活时，M2设备可以选择使用SATA接口或者PCI-E 3.0 X2接口，速度为6Gbps (600MB/s)或者2.OG Bls：当M键锁激活时，M．2设备则仅能使用2个PCI-E 3.0 X2通道连接，速度提升到4.OG B/s。根据SATA-IO的推荐，B键锁推荐给SSD、缓存或者VVWAN模块使用，M键锁推荐给高性能SSD或者缓存使用。其中缓存技术主要是指诸如英特尔在268上就发布的Smart ResponseTechnology固态硬盘缓存技术或类似技术，这项技术通过大容量SSD作为系统的缓存，能大幅度提高在系统使用过程中的数据响应速度。之前这项技术受制于SATA接口的速度，效果表现一般。在SATA 3.2规范加入了M．2这样的PCI-E通道传输后，类似的缓存加速技术可能会有更大的发展空间。

　　M．2接口解决了诸如超极本、部分平板电脑等设备的存储问题，不过对一些嵌入式设备或者对体积极端敏感的设备来说，M．2还是太大了。因此SATA-IO又推出了单芯片的microSSD标准，microSSD的体积大概和美分硬币相当，目前最大可以集成128GB的闪存芯片。

　　SATA-IO公开的内容中，没有对microSSD有太多详细的介绍，如果要了解microSSD的详细内容，需要付费25姜元购买专业版。从技术角度来看，microSSD应该是利用堆叠封装技术，将控制芯片和SSD颗粒封装在一起，从而制造超小体积的SSD芯片。这种技术目前应用并不是太多，而嵌入式设备由于其对体积的严格限制，所以不得不应用堆叠封装来同时实现高性能和大容量，其成本也应该是非常昂贵的。

　　SATA USM不是什么新技术了，它的全称是SATA UniversalStorage Module通用串行存储模块。在2010年左右，SATA-IO就提出了这项技术并在着手推广。

　　SATA USM的技术最早来源于希捷的GoFlex，一开始是只用于存储设备，后来被SATA-IO纳入旗下，作为通用数据接口推广，SATA-IO的目标是将其打造成为继USB、Lighting等接口后的另外一种通用传输接口。不过这项技术发展并不太顺利。主要原因除了SATA-IO推广乏力外，还有接口本身设计的问题，比如接口过长、过厚，不太适合在迷你型移动设备上使用。

　　SATA实际上已推出过多个通用数据接口，相比之前的接口方案，SATA USM的特点在于自供电，因此不会像e-SATA那样还需要一条额外的USB供电线。它的接口分为两个部分，其中数据传输部分本身还是SATA的样式，此外还增加了独立的供电接口（与电源上扁平的SATA供电线类似），这也导致SATA USM的体积变得比较大，特别是接口长度比较长，易用性有一定程度的降低。不过这样设计的好处也很明显，那就是SATAUSM接口可以直接插接目前的硬盘并读取数据。从实际产品来看，SATA USM往往会搭配USB等接口使用，用作快速读取硬盘的设备接口，这和SATA-IO最初设想中的通用存储理念还是背道而驰了。

　　在新的SATA Revision 3.2中，SATA-IO进一步降低了SATAUSM攘口的厚度，从之前的14.5mm大幅度降低至9mm。更轻薄的接口能更容易的在各种设备上使用。不过受限于SATA USM的原理，它的接口长度没有太大变化。因此SATA USM的推广普及任务还非常艰巨。

　　SATA Express实际上是SATA-IO组织着力推广的新接口。在SATA-IO编制的有关SATARevision 3.2的PDF文章中，总共24页的PDF，介绍SATA Express就有1 3页之多，占比超过50%。不过从内容来看，SATA Revision3.2中SATA Express没有太多的新技术介绍，依1日是继承之前公布的相关接口设计、规范介绍等内容，新意不多。

　　由于之前本刊已经详细介绍过SATA Express的技术内容，因此这里只做一些简略介绍。

　　根据目前的情况，SATA-IO认为存储系统目前分为三个档次，分别是SSD、SSHD（就是混合硬盘）和HDD，这三个档次的产品价格和性能都是从高到低。不过，随着技术发展、更快速的闪存颗粒的诞生、更多的存取通道的加入以及更强大的控制芯片的研发，目前SSD的速度持续增长，SATA 6G b/s已经满足不了SSD性能增长的需求了。但是如果要继续提升，将SATA揍口的速度翻倍，则需要长的研发时间、更多的通道以及更高的电能消耗。与其如此，还不如直接使用速度更快、更成熟的PCI-Express通道来加强SSD的数据传输。SATA-IO认为，使用PCI-E通道的速度比SATA快，更多通道也能带来更广阔的扩展空间，并且能耗比相对SATA12Gbps（如果有）而言更好。因此SATA-IO将目标瞄准了PCI-E，并将其作为未来的发展方向。

　　从性能角度来看，PCI-E 3.0x1单向有1G B/s的速度，双向就是2G B/s。与此对比，SATA 6G b/s只有0.6G B/s，而且PCI-E的扩展性可以让SATA Express使用多个通道来增强速度。因此，SATA-IO决定将PCI-E接口应用在磁盘接口上，这就是SATAExpress。在这个基础上，SATA-IO开发出了SATAExpress/AHCI和SATA Express/NVMe两种不同的规格，前者用于兼容性设计，完全兼容AHCI设备；后者是全新的驱动模式，用于新的SSD设备支持，以便释放更强大的传输性能。两类接口颜色、设计规范等也不尽相同，也不能互相插拔。这两种设备的最大传输速度都可以达到2G B/s，远远超过目前的SATA 6Gbps，而且还会随着PCI-E技术的发展而不断进步。

　　目前SATA-IO依1日在进一步调整SATA Express的接口设计，SATA Revision 3.2中只是更进一步提及了SATA Express的性能和技术设计等，估计还需要一段不短的时间，用户才能最终看到SATAExpress的设备上市。

　　总的来说，上述几项技术涉及的内容，都是对SATA标准的补完和修正，真正大幅度改善传输性能的技术几乎没有。在物理设计没有突破的情况下，这些辅助性技术也只是聊胜于无，用于进一步加强目前磁盘的性能而已。

　　从上述内容来看，由于HDD目前的技术限制，因此SATA接口已经几乎没有继续发展的必要了。因此SATA-IO组织将重点转移到了SATA Express技术上，通过这项技术进一步延长SATA接口的寿命和效能。不过对复杂多变的存储市场来说，要设计出面向未来很长一段时间的通用接口，肯定不是一件容易的事情，SATA-IO在SATAExpress上也“折腾”了很长时间，目前在SATA Revision 3.2正式提出这项技术（SATA Express也是SATA Revision 3.2的核心技术），算是为SATA Express的正式开启奠定了一个良好的基础。

　　接下来，SATA-IO在进一步完善SATA Express酌同时，还将致力于SATA Express的商业化。作为存储业界唯一一个指定标准的组织，SATA-IO的标准推广在没有明显的竞争对手的情况下应该不是什么难题。只要SSD厂商决定采用新技术、英特尔、AMD等主板芯片厂商决定推广的话，SATA E×press会很快成为市场主流。那个时候，用户就能享受到极速传输带来的速度快感了——启动电脑1 0秒、开启游戏5秒、瞬间拷贝文件…--高速度带来高品质的生活，谁不希望呢？