一、什么是固态硬盘

固态驱动器（Solid State Drive），俗称固态硬盘，固态硬盘是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，因为台湾英语里把固体电容称之为 Solid 而得名。

SSD 由控制单元和存储单元（FLASH芯片、DRAM芯片）组成。

固态硬盘在接口的规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的完全相同，在产品外形和尺寸上也完全与普通硬盘一致。

被广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空、导航设备等诸多领域。

其芯片的工作温度范围很宽，商规产品（0~70℃）工规产品（-40~85℃）。

虽然成本较高，但也正在逐渐普及到DIY市场。

由于固态硬盘技术与传统硬盘技术不同，所以产生了不少新兴的存储器厂商。

厂商只需购买 NAND 存储器，再配合适当的控制芯片，就可以制造固态硬盘了。

新一代的固态硬盘普遍采用 SATA-2 接口、SATA-3 接口、SAS 接口、MSATA 接口、PCI-E 接口、NGFF 接口、CFast 接口、SFF-8639 接口和 M.2 NVME/SATA 协议。

二、SATA 接口

作为目前应用最多的硬盘接口，SATA 3.0 接口最大的优势就是成熟。

普通 2.5 英寸 SSD 以及 HDD 硬盘都使用这种接口，理论传输带宽 6Gbps，虽然比起新接口的 10Gbps 甚至 32Gbps 带宽差多了，但普通 2.5 英寸 SSD 也没这么高的需求，500MB/s 多的读写速度也够用。

三、mSATA 接口

mSATA 接口，全称迷你版 SATA接口（mini-SATA）。

早期为了更适应于超级本这类超薄设备的使用环境，针对便携设备开发的 mSATA 接口应运而生。

可以把它看作标准 SATA 接口的 mini 版，而在物理接口上（也就是接口类型）是跟 mini PCI-E 接口是一样的。

mSATA 接口是 SSD 小型化的一个重要过程，不过 mSATA 依然没有摆脱 SATA 接口的一些缺陷，比如依然是 SATA 通道，速度也还是 6Gbps。

诸多原因没能让 mSATA 接口火起来，反而被更具升级潜力的 M.2 SSD 所取代。

四、M.2 接口

M.2 接口是 Intel 推出的一种替代 mSATA 的新的接口规范，也就是我们以前经常提到的 NGFF，即 Next Generation Form Factor。

M.2 接口的固态硬盘宽度 22 mm，单面厚度 2.75mm，双面闪存布局也不过 3.85mm 厚，但 M.2 具有丰富的可扩展性，最长可以做到 110mm，可以提高 SSD 容量。

M.2 SSD 与 mSATA 类似，也是不带金属外壳的，常见的规格有主要有 2242、2260、2280 三种，宽度都为 22mm，长度则各不相同。

不仅仅是长度，M.2 的接口也有两种不同的规格，分别是“socket2”和”socket3”

看似都是 M.2 接口，但其支持的协议不同，对其速度的影响可以说是千差万别，M.2 接口目前支持两种通道总线，一个是 SATA 总线，一个是 PCI-E 总线。

当然，SATA 通道由于理论带宽的限制（6Gb/s）,极限传输速度也只能到 600MB/s，但 PCI-E 通道就不一样了，带宽可以达到 10Gb/s，所以看似都为 M.2 接口，但走的“道儿”不一样，速度自然也就有了差别。

上图为 M.2 接口走 SATA 通道的速率

上图为 M.2 接口走 PCIE 通道的速率

五、M.2 接口(NVMe协议)

NVM Express（NVMe），或称非易失性内存主机控制器接口规范（Non-Volatile Memory express），是一个逻辑设备接口规范。

他是与 AHCI 类似的、基于设备逻辑接口的总线传输协议规范（相当于通讯协议中的应用层），用于访问通过 PCI-Express（PCIe）总线附加的非易失性内存介质，虽然理论上不一定要求 PCIe 总线协议。

此规范目的在于充分利用 PCI-E 通道的低延时以及并行性，还有当代处理器、平台与应用的并行性，在可控制的存储成本下，极大的提升固态硬盘的读写性能，降低由于 AHCI 接口带来的高延时，彻底解放SATA 时代固态硬盘的极致性能。

NVMe 具体优势包括：

• 性能有数倍的提升；

• 可大幅降低延迟；

• NVMe 可以把最大队列深度从 32 提升到 64000，SSD 的 IOPS 能力也会得到大幅提升；

• 自动功耗状态切换和动态能耗管理功能大大降低功耗；

• NVMe 标准的出现解决了不同 PCIe SSD 之间的驱动适用性问题。
  

延时更低：说到 NVMe 标准对比 AHCI 标准的优势，其中之一就是低延时。因为 AHCI 标准本身就是为高延迟的机械硬盘而设，虽然 SSD 发展至今，主流产品已经开始不能满足性能的高速发展，特别是在延迟方面。而面向 SSD 产品的 NVMe 标准，降低存储时出现的高延迟，就是其要解决的问题之一。

NVMe SSD 可有效降低延迟。

在软件层方面，NVMe 标准的延时只有 AHCI 的一半不到，NVMe 精简了调用方式，执行命令时不需要读取寄存器；而 AHCI 每条命令则需要读取 4 次寄存器，一共会消耗 8000 次 CPU 循环，从而造成大概 2.5 微秒的延迟。

IOPS 大增：NVMe 的另一个重点则是提高 SSD 的 IOPS（每秒读写次数）性能。目前市面上性能不错的 SATA 接口 SSD，最多只会测试到队列深度为 32 的 IOPS 能力，其实终究原因这是 AHCI 的上限，其实许多闪存主控可以提供更好的队列深度。而 NVMe 则可以把最大队列深度从 32 提升到 64000，SSD 的 IOPS 能力也会得到大幅提升。

队列深度的大幅提升。

低延时和良好的并行性的优势就是可以让 SSD 的随机性能得到大幅度提升，这是 950PRO 系列 SSD 的现场跑分，它的随机性能表现绝对是一流的，在任何队列深度下都能发挥出极佳的速度。

功耗更低

更先进的能耗管理

NVMe 加入了自动功耗状态切换和动态能耗管理功能，设备从能耗状态 0 闲置 50ms 后可以迅速切换到能耗状态 1，在 500ms 闲置后又会进入能耗更低的状态 2。虽然切换能耗状态会产生短暂延迟，但闲置时这两种状态下的功耗可以控制在非常低的水平，因此在能耗管理上，相比起主流的 SATA 接口 SSD 拥有较大优势，这一点对增加笔记本电脑等移动设备的续航尤其有帮助。

驱动适用性广

主流操作系统逐渐开始支持 NVMe

NVMe 标准的出现解决了不同 PCIe SSD 之间的驱动适用性问题，NVMe SSD 可以很方便的匹配不同的平台、系统，无需厂家提供相应的驱动就可以正常工作，目前 Windows、Linux、Solaris、Unix、VMware、UEFI 等都加入了对 NVMe SSD 的支持。

六、PCI-E 接口

在传统 SATA 硬盘中，当我们进行数据操作时，数据会先从硬盘读取到内存，再将数据提取至 CPU 内部进行计算，计算后写入内存，存储至硬盘中；而 PCI-E 就不一样了，数据直接通过总线与 CPU 直连，省去了内存调用硬盘的过程，传输效率与速度都成倍提升。

简单的说，我们可以把两种通道理解成两辆相同的汽车，PCI-E 通道的汽车就像是在高速上行驶，而SATA 通道的汽车就像是在崎岖山路上行驶。很显然，PCI-E SSD 传输速度远远大于 SATA SSD。

目前 PCI-E 接口通道有 PCI-E 2.0 x2 及 PCI-E 3.0 x4 两种，最大速度达到 32Gbps，可以满足未来一段时间的使用，而且早期 PCI-E 硬盘不能做启动盘的问题早解决，现在旗舰级 SSD 大多会选择 PCI-E 接口。

虽然 PCI-E SSD 有诸多好处，但也不是每个人都适合。PCI-E SSD 由于闪存颗粒和主控品质问题，总体成本较高，相比传统 SATA 固态硬盘价格贵一些。另外，由于 PCI-E 会占用总线通道，入门以及中端平台 CPU 通道数较少，都不太适合添加 PCI-E SSD，只有 Z170，或者是 X79、X99 这样顶级平台，才可以完全发挥 PCI-E SSD 的性能。总的来说，如果你是一个不差钱的土豪，那么就 PCI-E SSD 吧！