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PCIe 与 SATA 固态硬盘除了速度还有哪些差异?实测给你看
2016-03-20 23:40:15   来源:   评论:0 点击:

·现在一说到固态硬盘,玩家最津津乐道的产品,理应当都已经转向 PCIe 规格。毕竟在 PCIe 总线频宽奥援下,最高传输速度少则 1000MB s 起跳,多则超越 2000MB s,足足是 SATA 6GB s 机种的数倍。但除了
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现在一说到固态硬盘,玩家最津津乐道的产品,理应当都已经转向 PCIe 规格。毕竟在 PCIe 总线频宽奥援下,最高传输速度少则 1000MB/s 起跳,多则超越 2000MB/s,足足是 SATA 6GB/s 机种的数倍。但除了这莫大的速度差异,PCIe 固态硬盘还具有那些优点呢?让我们用浅显易懂的方式来探讨之。

PCIe 通道可弹性配置,SSD 飙速不受限

当前那少数支援 PCIe 总线界面的固态硬盘,尽管单价相对于 SATA 机种是高了一些,热血玩家仍然具有高度兴趣,而且一试成主顾的大有人在。其吸引力莫过于最高存取速度,毕竟当前主流的 SATA 传输界面,SATA-IO 指出真实有效频宽在 570MB/s 上下之谱,这并无法喂饱现今以高速快闪存储器构成的固态硬盘。
反观 PCIe 总线界面基于通道可弹性组合运用这优势,能够提供近乎源源不绝的传输频宽,给予各式高速装置利用。象是 PCIe 2.0 x1 理论频宽有 500MB/s,尽管小输给 SATA 6Gb/s ,但是合并 4 条通道可得 2000MB/s。若是升级为渐成主力的 PCIe 3.0,配置 1 条通道即有 984.6MB/s,4 条合并则是可达到 3938.4MB/s 之谱。
也因此,即便是 PCIe 2.0 x2 这样堪称早期规格的 PCIe 固态硬盘,受惠于 1000MB/s 理论传输频宽,最高速度能够轻而易超过 700MB/s。当然了,这只是个简单的范例,那速度说来并不算暴猛。毕竟频宽利用率掌握在固态硬盘控制器,乃至于快闪存储器搭配与韧体调校等部分,这概念和以往的 SATA 机种并无不同。
 
 
▲ SATA 固态硬盘受制于传输界面的可用频宽因素,最高存取速度难以突破 570MB/s,PCIe 产品能够轻易提供数倍速度,因而被列为发展重点。
(图例由左上看起依序为 PCIe 3.0 x4、PCIe 2.0 x4、PCIe 2.0 x2、SATA 6Gb/s 机种)

PCIe 不只快,还能简化传输架构层级

PCIe 固态硬盘无论是支援 AHCI 或 NVMe,除了拥有 PCIe 大频宽优势外,还有哪些地方胜过 SATA 呢?就架构来说是延迟(Latency)。固态硬盘本身的控制器,主司对内快闪存储器运作与维护管理,以及对外透过 PCIe 总线或 SATA 之类界面,与计算机系统沟通连结。基于架构差异使然,纯 PCIe 制品的讯号传输途径,或说所必须经过的节点,是较 SATA 设备来得精简。
支援 PCIe 的固态硬盘无论是 PCIe 界面卡、M.2 等任一形式,与系统沟通连结必然是透过 PCIe 总线,连结至芯片组或处理器所内建的 PCIe 控制器,经过节点如同点对点般精简。反观 SATA 界面机种,与系统核心之间多了 SATA 磁碟控制器这隔阂,讯号传输与控制无可避免产生额外的延迟,亦有一般测试可见的性能差异影响(如主机板芯片组原生内建与第三方控制器之别)。

▲ PCIe 与 SATA 固态硬盘资料传输途径示意图,两者最大差异在于,SATA 机种还得经过 SATA 磁碟控制器,会增加额外的延迟。

延迟短意味反应快,惟代价高出一截

以上是就系统架构理论而言,不过延迟这档事一般较少被注意到,能够呈现出差距的测试软件也可能极为有限。恰好我们惯用的 ULINK 测试平台,其综合性能评估脚本内包含延迟这一测项,因此得以透过它来窥探 PCIe 与 SATA 机种之间的差异。代表组产品如下图所示,我们仅就手边现有的样品机进行试验,让大家初探延迟这档事。
所得结果也许说不上相差天高地远,但至少没让人意外或者是白忙一场,结果显示 PCIe 固态硬盘延迟确实略好于 SATA 机种。其中 2 款 PCIe 产品,大抵上来说可视为读与写延迟都在 20us 以内,而 SATA 机种范围在 20~30us 之间。其中,因控制器、快闪存储器等条件差异,有 2 款产品写入延迟比读取来得高一些。

▲ HyperX Predator PCIe SSD 与 M6e 为 PCIe 产品,其余 3 款全为 SATA 6Gb/s。
该延迟脚本测试程序,是针对读取与写入各送出 1953125 个指令,所得结果为指令执行时间平均值,以 us(微秒:百万分之一秒)表示之。当然了,人类是否能够感受到这分毫差异,是另外一个有趣的问题。不过就商业高负载 I/O 应用环境而言,延迟时间短的产品必然较有吸引力,至于玩家是否有需要锱铢必较,或许还得先满足荷包深度这条件吧。

测试平台

· 处理器:Intel Core i7-4770K
· 主机板:Asus Z97-PRO(Wi-Fi ac)
· 存储器:Kingston HyperX Genesis PnP DDR3-1600 4GB x 2
· 系统碟:Kingston HyperX SSD 240GB
· 作业系统:Windows 8.1 Pro 64bit 中文版

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