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作者 主题: 79--NGFF M.2和SATA-E接口释疑 <2014-7-10>  (阅读 3761 次)

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gogochen

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79--NGFF M.2和SATA-E接口释疑 <2014-7-10>
« 于: 九月 10, 2014, 04:17:59 下午 »

NGFF M.2和SATA-E接口释疑

dongfang-M 发表于 2014-7-10

Z97、H97主板增加了一个NGFF M.2接口,有的还增加了SATA-E接口。号称速度可以达到10Gb/s。本文将对NGFF M.2和SATA-E做比较详细的解释。

一、NGFF M.2/SATA-E就是把控制器从南桥移到存储器上

我们先看看SATA是什么意思。SATA的英文全称是Serial Advanced Technology Attachment。中文的意思是“串行高级技术附件”,是一种基于行业标准的串行硬盘驱动器接口。是由Intel、IBM、Dell、APT、Maxtor和Seagate公司共同提出的硬盘接口规范。
也就是说串行的硬盘接口都叫SATA。

SATA接口和主板上的南桥连接是通过SATA控制器连接到南桥的PCIE总线。传统上英特尔和AMD都把SATA控制器设计在南桥芯片组内,主板上`直接提供SATA接口。
当然也有第三方的SATA控制器芯片,一些高端主板会配置这种芯片扩展SATA接口,这种第三方SATA芯片也是要连接到南桥的PCIE总线上的。

从下面的原理图,很容易看到SATA、NGFF M.2和SATA-E的相同点和不同点。


这是Crystal Disk Info读取的浦科特128G M6e NGFF M.2 SSD盘信息。可以看出M.2 SSD盘还是属于串行ATA设备。


二、NGFF M.2/SATA-E就是连接了2条PCIE 2.0 x1

SATA、NGFF M.2和SATA-E的速度,第一和存储器件的读写速度有关,第二和传输通道的带宽(传输速度)有关。

SATA II时代,接口设计的理论速度是3Gb/s。南桥提供的PCIE通道是PCIE 1.1,PCIE x1的速度是2.5Gb/s,SATA控制器连接一个PCIE x1。

SATAIII接口的理论速度是6Gb/s,南桥提供的PCIE通道升级的PCIE 2.0,带宽是5Gb/s。通道带宽够了,但存储体的实际速度就和存储介质的读写速度有关了。机械硬盘是达不到5Gb/s的,SSD的才有可能。
现在SSD的读写速度已经突破5Gb/s。于是PCIE通道的带宽就要提高了。提高的办法就是采用PCIE 2.0 x2,连接二条PCIE2.0,带宽就可以达到10Gb/s。

NGFF M.2和SATA-E是连接了PCIE2.0 x2,也就是说PCIE这边保证了10Gb/s的带宽,只要SATA控制器设计的速度是10Gb/s就可以了。

为什么不在原来SATAIII的基础上升级到SATA IV?如果升级SATA IV,也是要连接2条PCIE2.0,那么6个SATA就要12条PCIE2.0。
所以英特尔联合SATA组织推出SATA-E,把SATA控制器放到存储设备上,南桥只提供PCIE2.0总线,x1是5Gb,x2是10Gb,x4就是20Gb。如果连接到PCIE3.0,x1就是10Gb,x2就是20Gb。
这样一来,存储器速度的提高就很自由了。只要存储器的速度够快,可以多连几条PCIE解决PCIE的带宽。

三、Z97主板的NGFF M.2/SATA-E和SATA4/5共用PCIE

前面说过NGFF M.2和SATA-E占用PCIEx2,如果6个SATA口都改为NGFF M.2和SATA-E,那就要占用12条PCIEx1,鉴于目前NGFF M.2的SSD盘价格偏高,SATA-E的SSD和HD还没有上市,英特尔在Z97的PCH芯片把SATA4/5设计成柔性接口,SATA控制器占用的2个PCIEx1即可以连接SATA控制器,又可以连接其他PCIE设备。

这样一来,主板厂就可以把SATA4/5占用2个PCIEx1在并联到NGFF M.2和SATA-E接口上。但是三种设备不能同时连接,只能连接一种。

下图是英特尔Z97和H97芯片组的18个PCIE2.0 x1分配图。


Z97/H97提供8个PCIE 2.0 x1口,其中PCIE口1和2是柔性接口,可以连接SATA4/5,也可以连接USB3/4,还可以连接其他PCIE连接器。一口三用。
这就给主板厂设计主板提供了很高的灵活性。很多Z97/H97主板增加的NGFF M.2接口就是SATA,NGFF M.2以及SATA-E共享PCIE口1/2。


这也就是主板插了NGFF M.2 SSD,SATA 4/5就不能使用了,有SATA-E接口的连接了SATA-E,那么NGFF M.2和SATA 4/5就不能使用了。

四、NGFF M.2模组/卡的尺寸规格

NGFF是Next Generation Form Factor的缩写,是由HP主导的一个PCI-SIG协会公布的标准。标准的名你为PCI Express M.2 Specification,于2013年11月1号公布1.0版本。

1.0版本公布了11种NGFF(M.2)模组/卡,这些模组和卡的规格如下图。


M.2 Key A连接器主要应用于无线连接,如WiFi,蓝牙,NFC,Wigig。卡的类型包括1630,2230和3030。PCIE x1。

M.2 Key B连接器主要应用于WWAN+GNSS,或SSD硬盘,卡的类型包括3042,2230,2242,2260,2280 and 22110,PCIE x2。也称之为Socket 2。

M.2 Key E连接器主要应用于连接器主要应用于无线连接,如WiFi,蓝牙,NFC of GNSS。卡的类型包括1630,2230和3030,PCIE x1。

M.2 Key M连接器主要应用于连接器主要应用支持 PCIe 或者 SATA(或SSD)协议的主机界面。PCIE x 4。也称之为Socket 4。

五、微星主板上的M2接口

NGFF(M.2)接口也叫做NGFF(M.2)连接器。微星Z97主板上的M2接口如下图。


M.2接口提供了3个固定螺柱,可以插2280,2260,2242规格的M.2卡。

M.2连接器的细节图。


微星把M.2称之为Killer缓存。M.2插座采用M Key的,但不是PCIE x4,而是PCIE x2。

注意主板上的NGFF M.2插座是M Key的,因此只能插M Key的M.2卡。其他A Key,B Key,E Key都不能插。如果是含有2个Key的卡,其中一个是M Key的也可以插。


至于mini-PCI,m-SATA卡是不能插到M.2插座的。


微星还为M.2接口配置了一个SATA-E卡。


这个卡插到M.2接口,就可以连接SATA-E硬盘了。

六、不是所有NGFF M.2 SSD盘都是高速的

虽然M.2接口提供10Gb/s的带宽,但是M.2 SSD盘的实际速度则取决于M.2 SSD盘自身的读写速度了。
这是目前最快的M2 SSD


稍慢一点的。




还有更慢的。


所以不要以为,买一个M2 SSD盘,插上就是10Gb/s。

七、M.2 SSD的启动

M2 SSD盘和SATA-E盘是否可以安装OS?这要看它们是否配置ROM。配置ROM的可以启动可以装OS,没有ROM的只能是做数据盘。
下表列出了PCIE接口的的SSD盘配置模式。


以浦科特M6e为例,看看有没有ROM。
M6e SSD采用Marvell的SATA SSD控制器。


Marvell 88SS9183-BNP2主控芯片。


浦科特M6e M2 SSD盘插到微星9系列主板上,可以在启动(Boot)选项看到。


从M2 SSD启动后,可以看到ROM启动的浦科特标志和ROM的版权,以及发现01 PCIE盘。


八、再说一下SATA-E接口

现在来说一下SATA-E接口,SATA-E就是SATA Express,中文的意思可以叫SATA快车。从第一节我们已经知道,SATA-E和原来的SATA在连接方式上有改变,从协议标准上还是SATA标准。

SATA-E的数据接口仍然采用原来的SATA接口,只不过不是连接在SATA控制器上,而是直接连到PCIE,用2个SATA插座连接2个PCIE x1。

SATA-E的插座有2种,一种是专门插SATA-E的,只能插一条PCIE x2线缆。一种是和SATA兼容的,即可以插一条PCIE x2线缆,也可以插2条SATA线缆。


当前主板上的SATA-E接口为了和SATA兼容,基本上都采用PCIE和SATA兼容的插座。


主板不给SATA-E供电,SATA-E线有外接电源用的供电线。


其他如速度、启动等等和NGFF M.2相同。

这是SATA-E接口的硬盘



« 最后编辑时间: 九月 10, 2014, 04:22:49 下午 作者 gogochen »
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