储存装置传输技术演进与市场趋势

高速周边／储存装置传输技术演进与市场趋势

串列化高速SerDes电路，不仅应用于CPU与PCH、周边元件之间的PCI Express汇流排连接，也应用在SATA、SAS等储存装置介面，并且随者M.2、SATA Express、NVM Express等新规格介面的出现，呈现SATA与PCI Express靠拢合流之势；而外接周边汇流排则是USB与Thunderbolt相互竞逐，前者将在新的USB 3.1规格中纳入频宽加倍、AV支援与新型态连接头；后者则在已纳入PCI Express、DP与GP I/O控制下，以频宽倍增的方式好整以暇…

储存介面市代演进 PCIe终成最后依归

从80年代PC/NB的主流储存装置－传统硬碟，也就是由5,400rpm、7,200rpm主轴马达与碟盘、磁臂等机构组成的读写储存装置，起初搭配硬碟传输介面，从最早的ST506、ISA Bus/IDE介面(33MB/s)，到后续Ultra DMA mode 0～6规格，传输速率来到了133MB/s，也并列式ATA(Parallel ATA)传输规格的上限。

SSD储存装置介面／尺寸规格演进，从SATAⅡ、SATA6G、SATA Express、M.2到NVM Express朝向PCI express发展。

SSD厂商以PCIe 2/3 x4规格，开发高效能SSD控制晶片、 HBA附加卡，以及NVMe介面的2.5吋SSD硬碟。Marvell/Intel/Micron/HGST

1995年CompactFlash (CF)卡推出，传输速率仅8.3 MBytes/s，1999年Secure Digital(SD)记忆卡，以25MHz、4bit的SPI介面与2颗Flash晶片的限制，传输速率从12.5MB/s起跳；而CF卡因尺寸较大，可容纳4颗Flash晶片，加上所采用的CF介面源自PATA/IDE，因此伴随着NAND Flash制程与速度的快速演进，CF记忆卡传输速率呈现百倍速起跳，进而朝向其读写速率上限133MB/s(约866X)迈进。

而后来Compact Flash 6.0更对非Intel的他厂南桥或附加IDE主控晶片，定义出UDMA mode 7的167MB/s传输规格，预留了约CF 1100x上限的速度余裕。因此至今仍有不少专业单眼数位相机，仍保留Compact Flash记忆卡的规格支援与插槽。

在2003年1月英特尔推出串列化的Serial ATA(SATA)Rev 1.0a规范并大力推动下，传统硬碟介面从PATA开始转移到SATA，传输速率从150MB/s(1.5Gbps)开始起跳，2003年PCI-SIG首度介绍PCIe 1.0a，单线道(1x plane)传输速率达250MB/s(2.5Gbps)。

2006年SATA Rev2.0推出，速率提高到300MB/s(3Gbps)，2007年1月PCI-SIG发表PCIe 2.0规范，单线道(1x plane)传输速率进展到500MB/s(5Gbps)。

2008年6月SATA Rev 3.0(SATA6G)介面规格推出，最高速率提升到600MB/s(6Gbps)，2009年JEDEC制定SATA Slim(MO-297A)，同年9月SATA-IO组织推出mSATA介面，到2010年PCIe Gen3推出，提供单线道1GB/s(8GT/s)。

2011年出现SATA Express介面，其规格上沿用原先的SATA Connector，改成2组7pin SATA Port连接器+4pin Power的针脚定义，能跟现有SATA埠接头相容共存，并可安插两条连接线；若插入SATA Express的公接头时，则切换成以PCIe介面方式运作。SATA Express设计了x2双线道、双向多工串列讯号，其最高传输效率可达2GB/s(PCIe 3.0)。

2012年Intel推出M.2(NGFF)介面，起源于2012年IDF发表的Next Generation Form Factor (NGFF)介面─针对Ultrabook、Tablet所设计的SSD附加卡标准。M.2分为做SSD快取的Type 2242 SSD Cache Slot B(22mmx42mm)、纯SSD附加卡模组的Type 2260 SSD Slot C、Type 2280 SSD Slot C，还有Type 22110 SSD Slot C。

伴随着NAND Flash制程技术的精进，而当前不少采16颗Flash晶粒设计的SATA6G SSD固态硬碟，已经出现单碟循序读写效能无法冲高突破600MB/s的介面瓶颈；而无论是ONFI或三星独家的Toggle mode的DDR2、DDR3的NAND Flash颗粒介面读写技术，单通道传输速率已从400、533跳跃至800MB/s，长期做为储存介面主流的SATAⅢ(SATA 6G)规格以不敷所需，更高速的PCIe 3.0成为储存装置下一波打通任、督二脉的新兴介面。