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固态硬盘接口种类介绍

Watchstor.com  佚名丨2009-09-09 16:34 标签:HBA 硬盘/SSD 硬盘 固态硬盘 

固态硬盘接口种类多元,主要包括PATA (Parallel Advanced Technology Attachment)、SATA (Serial ATA)、PCIe (Peripheral Component Interface Express)与USB (Universal Serial Bus)。

因SSD由NAND型快闪记忆体(Flash)晶片组成,而NAND Flash属半导体元件,与机械式硬盘(Hard Disk Drive;HDD)采用磁盘、马达与各式机械零件并不相同,然SSD主攻PC市场,为使消费者较易比较其HDD读取效能,因此仍依循HDD介面发展。 

固态硬盘接口PATA SSD诸多限制难满足PC要求

PATA介面发展已久,优点为便宜、容易使用且相容性高,然受限于介面特性,虽1条排线可同时连接2台装置,不过1次仅能处理1台装置的数据资料,因此传输速度并不快,最高仅达133MB/s,对讲求读取效能的PC而言十分不足。

另外,固态硬盘接口PATA介面以扁平式排线连接PC主机板与硬盘,排线长度不到50公分,无法用于外接式装置,约5公分的寛度亦不利机壳内部的空气对流与散热,且讯号线接脚多达40-pin或80-pin,在传输资料时也容易互相干扰,基于读取效能不足与前述限制,PATA介面现今已较少被使用于中高阶储存设备,SSD采PATA介面者亦不多。

固态硬盘接口SATA直捣需求核心攻城略地

SATA介面则为解决PATA介面缺失而设计,其讯号线接脚仅7-pin,可将干扰降至最低,宽度也能大幅降至1公分以下,有利机壳的散热,另外,SATA采点对点串列的方式传送讯号,每1条通道只支援1个装置,因此不需像PATA介面需要对同1条通道中的主、从装置设定跳接,如此可消除同一通道上有2个装置时,所产生的资源冲突,传输速度也会比较快。

SATA介面于2001年推出SATA 1.0时,传输速率便已达150MB/s,高于PATA最大传输速率133MB/s,随着SATA 2.0与3.0的陆续推出,传输速率更倍速成长至300与600MB/ s,传输速度演进之快,非PATA介面能及,近年来已逐渐取代PATA,成为储存设备主流介面。

目前市面上主打SATA介面的固态硬盘接口,主以取代机械式硬盘为目标,故需较先进与高效能的介面规格来满足PC要求,且现阶段SATA介面的SSD以SATA 2.0为主流,虽SATA 3.0占比尚低,然其每秒高达600MB的传输速率,将为SATA SSD未来趋势。

PCIe与USB锁定PC内嵌与外接SSD需求

除PATA与SATA介面较为消费者所知,PCIe与USB亦为固态硬盘接口业者较常采用的介面,其中PCIe介面主要用于内嵌式应用,英特尔(Intel)的Turbo Memory即采PCIe介面,新帝(SanDisk)与超捷(SST)亦推出PCIe介面的NAND Flash模组,主攻内嵌式SSD市场。

虽PCIe介面主要用于内嵌式应用,然也可透过Express Card来满足PC的外接需求,Express Card可同时支援PCIe与USB 2.0介面,最大传输速率可达500MB/s,容量一般在4 ~32GB,可视为1支大容量的随身盘或较小容量的外接式硬盘,台厂如创见、劲永皆有产品推出。

PCIe介面规格由PCI-SIG (PCI Special Interest Group)于2002年中期所制定,如今市面上大多数主机板皆提供PCIe插糟,随着版本的推陈出新,PCIe介面可提供的传输速度也愈快,以最基本的x1规格为例,PCIe 2.0的传输速率由PCIe 1.0时的单向250MB/s提升到500MB/s,PCI 3.0更可提升至750MB/s,若以高阶显示卡所采的×16规格来看,PCIe 2.0可达单向8GB/s、PCIe 3.0可达单向12GB/s的传输速率,十分惊人。

PCIe 2.0已于2007年底量产,预计2008年底前可望取代PCIe 1.0成为主流,PCIe 3.0则预计于2010年推出,虽目前SSD采用PCIe介面的业者并不多,且因采此介面的固态硬盘接口或NAND Flash模组主要用于提升PC效能,而非完全取代机械式硬盘,故多采用×1规格,然未来若PC欲采用PCIe介面的SSD为主要储存媒体,势必将视储存容量大小,进一步往×4以上规格提升。

至于USB (Universal Serial Bus)为目前最常见的PC与其周边设备标准,几乎所有的PC产品皆配备1~2个USB连接埠(Port),其最受人称道的优点在于其随插即用(Plug & Play)与可热插拔(Hot Attach & Detach)的特性,虽USB介面也有其限制,例如热插拔达一定次数后容易造成系统当机,且连接的周边设备愈多,传输速率与效能也将打折扣,不过因具成本优势,故许多IT与CE产品皆配备USB介面。

目前USB介面以USB 2.0为主流,最大传输速率可达480Mbps (换算后为60MB/s),是USB 1.1与USB 2.0全速规格的40倍之多,然据相关业者表示,目前市面上能达到USB 2.0高速(High Speed)规格480Mbps传输上限的装置并不多,一般仅达USB 2.0全速(Full Speed)规格12Mbps的3至10倍水准,即约5~15MB/s。

以目前主流64GB 固态硬盘接口的传输速度来看,读取速度介于65~100MB/s、写入速度介于45~70MB/s,USB 2.0所能提供的实际传输速度尚无法满足其需求,顶多只能用于如Eee PC等小尺寸低价PC的内嵌式储存媒体,或是用于随身盘与记忆卡产品,成为PC的外接记忆体装置(External Memory Device;EMD)。

因此,若固态硬盘接口欲采USB介面,最新的USB 3.0应较可行,USB 3.0宣称可提供最高4.8Gbps (换算后为600MB/s)的传输速率,为USB 2.0 High Speed规格的10倍,可有效提升NAND Flash相关应用的传输速度,例如高速随身盘、记忆卡与SSD等,由于SSD未来亦可能有外接式需求,所以USB介面SSD仍是有其发展空间。

不过,未来外接式固态硬盘接口若欲达与内嵌式SSD相同效能,至少需待PC主机(Host)端发展到USB 3.0介面且大量普及之后才较有机会。

SATA长期发展机会大控制IC支援能力不可缺

目前较新的PC机种内建的SSD,大多已舍弃PATA介面,以SATA与PCIe为主要发展方向,虽SSD介面已发展到USB 3.0、SATA 3.0、PCIe 3.0,但仍以SATA 2.0为大宗,占SSD 8成以上出货量比重,其他介面在SSD的占有率则仍低,即使SATA 3.0亦尚在起步阶段,USB 3.0则更未有明确普及时点。

虽SATA可望领先其他介面成为SSD介面主流,然仍需控制IC提供足够支援,才能将采用SATA介面的效益发挥至最大,过去SSD多透过桥接晶片(Bridge IC)将讯号由PATA介面转换到SATA介面,导致传输速度则仍受限于PATA速度。

近来SSD已逐渐发展至只用1颗控制IC来管理后端的NAND Flash晶片,固态硬盘接口直接采用SATA 1.0或2.0介面,而不再走PATA转SATA模式,可支援的容量与速度亦大幅提升,然SSD欲透过SATA介面的采用来充分发挥读取效能,支援的控制IC设计能力将是主要关键。

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