SSD的王者 PCIe固态硬盘的未来在哪里

固态硬盘一开始以高成本“盛气凌人”，但由于采用了SATA/SAS等市场上主流的硬盘接口，使得在企业市场上的普及速度令人惊讶。然而，更值得惊讶的是，基于SATA接口的固态硬盘逐渐迈向了PCI-Express插槽的固态硬盘发展。得益于板载PCI-E接口与CPU、内存数据的通讯和传输比传统的SATA/SAS接口高很多，使得PCI-E接口固态硬盘在未来数据中心和终端平台上面临广阔的发展机遇。

包括PCI-E固态硬盘在内的固态硬盘近几年发展迅猛。其中2011年泰国洪灾的爆发使得固态硬盘如获新机，相比传统硬盘产量不足所带来的价格上涨，固态硬盘的成本劣势也就显得不足为奇。

固态硬盘出货量增长(数据来源：Gartner)

其高达64%的复合年均增长率，预示着固态硬盘将迎来爆发性增长。从固态硬盘接口方面来看，未来几年PCI-Express接口固态硬盘增速将超过SAS，SATA接口固态硬盘所占比例则逐渐萎缩。

企业级固态硬盘接口发展趋势(数据来源：Forward Insight)

HBA/RAID控制器带来的SATA SSD IOPS扩展性和延迟

然而，对于SATA和SAS等传统硬盘接口的固态硬盘来说，由于HBA和RAID控制器转接主机与存储设备容易产生损耗，随着固态硬盘数量的增加，其单个固态硬盘的延迟开销和性能问题会变得极为突出。

PCI-Express固态硬盘相比其他接口的固态盘，拥有更为高级的连接接口和成熟的内存管理技术。一方面，它采用了可靠的协议体系架构，支持设备层面的协议错误检测、校正、报告和热插拔/热替换。支持可扩展带宽/频率，拥有先进的功耗管理，同时还支持虚拟通道可 提供更好的服务质量。

PCI-E固态硬盘还拥有先进的地址映射系统，支持垃圾回收和耐久性管理，可提供超高的服务稳定性。相比其他接口SSD，在数据带宽、延迟、可扩展和可靠性、总体拥有成本方面都有显著优势。

对于未来PCI-E固态硬盘的市场机会，我们可以从两大方面进行探讨——数据中心以及客户端平台。在数据中心领域，PCI-E固态硬盘可优化总体拥有成本，提升固态硬盘性能密度。

PCI-E固态硬盘将更多应用于事务处理

基于PCI-E接口的固态硬盘在事务处理方面将优于传统的SAN方案。一方面，PCI-E固态硬盘省去了光纤通道，通过板卡内置高效传输 通道直接实现高性能数据传输;另一方面，在执行应用负载并存储数据库平台上，PCI-E固态硬盘可实现更低延迟，而且成本也更低。

PCI-E固态硬盘可应用于服务器端缓存

另一方面，数据中心的服务器端缓存也将是PCI-E固态硬盘大展身手的舞台。得益于其性能远超SAS/SATA固态硬盘，减少了额外的光纤或者以太网传输，使得数据传输更为直接和高效。PCI-E固态硬盘大规模部署，将会在单盘托架、采用通用背部接口(兼容2.5英寸PCI-E和SATA/SAS固态盘)，实现混插和RAS(可靠性、可用性、可维护性)。

SFF-8639接口

2.5英寸的PCI-E固态硬盘也将采用热插拔固态硬盘外形，对于可维护性来说有显著提升。另外，SFF-8639接口标准涵盖了PCIe SATA和SAS。图中红色的部分就是在传统SAS连接器基础上增加的PCI-E引脚——包括通道0、通道3-1和边带，从而实现了双端口SAS和 PCI-E共用一个连接器，兼容不同协议的SSD和HDD。

固态硬盘平台设计带来性能密度提升

PCI-E固态硬盘存储无需HBA协议转换，可帮助提升性能降低成本。基于这种接口的固态硬盘，其托架也无需散热片设计，能够在更小的制程下实现 NAND RAS管理，对于高密度2.5英寸的PCI-E固态硬盘来说，其平台的质量和设计可根据应用而有所差异，但整体来说未来其性能密度是不断在提升的。

随着客户端不断轻巧、便捷，人们对固态硬盘的体积也要求越来越高，更小、更薄、更敏捷的客户端对于PCI-E固态硬盘的诉求也变得越来越迫切。从原来的2.5英寸、1.8英寸再到mSATA接口，通过迷你版PCI-E界面传输信号，在确保同样的性能条件下满足更轻盈的客户端需求。

不同尺寸固态硬盘

另外，SATA Express 接口也有助于促进SATA向PCI-E插口的演进。这种接口包含2个通道，可实现在SATA和PCI-E之间切换。

SATA Express接口促成PCI-E固态硬盘广泛部署

与此同时，还出现了一种4.2卡，这种规格的固态盘尺寸设计可为缓存设备或者固态硬盘进行优化，包括对一系列模块化长度和连接键的优化，以实现ATA、 2x PCI-Express。这种M.2指定了两种固态硬盘主机接口，包括插口2和插口3.前者包括SATA或者2x PCI Express通过B键锁使用固态硬盘、缓存和WWAN以及其他模块;后者提供4个PCI-Express，最高可达4GB/s，通过“M”键锁适用于高性能固态硬盘或者缓存。带有“B”和“M”键锁的PCI=E固态硬盘可插入查看2,3，但只需要使用插口3个两个PCI-E通道。

PCI-E固态硬盘带有B/M键锁

面向客户端设计的PCI-E固态硬盘还具备有出色的固态硬盘功耗管理水平，在DEVSLP(Device Sleep)下Windows 8联网待机功耗不足5mW，通过带外信号控制DEVSLP，并基于OS、驱动和BIOS的主机优化，可以全面优化在客户端PCI-Express固态硬盘的功耗设计。

DEVSLP电路框架图

NVMe实现高性能、高可扩展和高效率的平衡

除了M.2、SATA Express之外还有一种NVM Express(NVMe)。NVMe是一种为企业级、客户端系统所用的PCI-E固态硬盘而专门设立的高性能、高扩展主机控制接口。它将广泛采用PCIe 固态硬盘，采用能够兼容大多数操作系统的标准驱动程序，并为固态硬盘设置标准一致的功能，OEM将不必再为单个SSD设置单独的驱动程序。基于这种接口的NVMe将不会受到OS队列、IO调度、SISC层的影响，有利于充分发挥现有和将来的客户端固态硬盘性能。