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2.5英寸存储设备救世主之U.2接口初探

2015-07-24张平合《微型计算机》2015年7月下

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巧妙的物理接口设计

在谈论U.2接口的结构之前，我们不妨先来看看SATA接口的结构。SATA接口在硬盘端被分为两个部分，一部分是SATA数据线，一部分是SATA的电源和控制线。这两个接口都采用了“L”型防呆设计，并且长度存在显著差别，因此很容易使用。除了SATA接口外，市场上还有SAS硬盘，采用的接口外观和SATA非常相似，长度和尺寸都基本相同，不过去掉了SATA接口中间的分隔部分，转而布置了一组SAS Port B触点。

从结构来看，U.2接口显然是从SAS接口那里得到了设计灵感。U.2接口长度和SATA接口的电源和数据接口的总和基本相当，不过它同样取消了SATA接口中央的分隔部分，并大幅度增加了数据传输触点。整个U.2接口的触点部分可以分为六组，包括通道0和参考时钟0、通道1～3（行业SAS第三、第四个端口共用，同时也提供参考时钟1和边带）、边带、SATA/SAS第一个端口、SAS第二个端口、控制和电源部分等六个部分。这六个部分不但包含了之前的SAS接口、SATA接口的特征以保证向下兼容，还加入了PCI-E通道确保高速传输。在供电方面，U.2接口同时满足3.3V和12V标准，其中12V标准是为PCI-E通道所使用的。此外，在物理外观设计上，由于取消了分隔部分，为了确保插口不会由于反向而损坏设备，U.2接口也仿照SAS设计了不对称的突起防呆口，甚至寸土寸金的在防呆口内部布置了多个数据触点，有效利用所有的空间。

从设计角度来看，U.2接口的物理部分还是很讨巧的，相比之前的SATA数据传输和电源而言并没有太大的改动，因此还是可以很方便地使用在目前的PC系统上。除此之外，U.2接口还有很多特性值得用户关注。比如它的允许功耗更大，高可达25W左右，能满足更大容量SSD的需求，同时它在限制浪涌电流方面也做出了更好的设计，以保障用户的数据安全。

Tips：如何在现有主板上使用U.2接口

在介绍了这么多U.2接口的内容之后，肯定有读者担心了：现在的主板是不是都不能使用U.2接口呢？毕竟这是一个全新的物理接口标准啊！答案显然不是这样。一般来说，只要你的主板支持M.2接口，就可以通过转接设备转接成U.2接口。

Hyper Kit转接器可将M.2转换为U.2接口，并且不会损失性能。

通过在Hyper Kit转接器上连接转换线，普通主板也能使用U.2 SSD。

华硕推出了一款名为Hyper Kit的转接器。该卡一端为M.2接口，一端为Mini-SAS HD接口。用户使用时，将该卡插入主板上的M.2接口，再将Mini-SAS HD转U.2连接线插入卡上的Mini-SAS HD接口，然后在连接线上连接U.2 SSD，这样普通主板也能使用U.2 SSD，且性能不低，英特尔U.2 750 SSD的随机4KB QD 32 IOPS数高达434K。不过需要注意的是，如果设备的U.2接口采用的是比较高的规格，比如PCI-E 3.0 x4，那么在使用时需要注意M.2接口的相应规格，否则可能会达不到原有的设计速度从而带来性能损失。

为2.5英寸存储设备而生

作为一个物理组件，U.2接口的兼容性可谓极为出色。它自身包含了SATA、PCI-E、SAS不同的总线方案，因此可以兼容SATA-Express标准、SAS标准、以及SATA标准。换句话来说，U.2接口仅仅是物理设计上的接口，它的性能取决于背后采用何种技术标准。说到这里，有一个疑问就不得不提出来了。目前市场上的M.2接口非常引人注目，再加上体积小，性能也很不错，为什么未来的主流存储设备接口不使用M.2而考虑U.2呢？为什么原生PCI-E接口无法和U.2接口竞争呢？这里还需要仔细来分析。

首先，虽然原生PCI-E接口存储设备的高速度和高效能一直被玩家所称道。不过问题在于，原生PCI-E接口性能虽然非常出色，但PCI-E SSD的体积往往比较大，也没有统一的规范，无论从设备兼容性、还是成本价格，以及需要占据独立插糟的角度考虑，都使得PCI-E接口的存储设备只能被少数专业和高端玩家所使用，很难成为目前主流市场的选择。

其次，和M.2设备相比，U.2接口的优势在哪里呢？我们知道，M.2大的优势在于其苗条的体积，很适合在对体积非常敏感的移动设备和小型设备内使用。但是成也萧何败也萧何，M.2的体积在一定程度上又成为制约其发展的桎梏。对SSD这种采用NAND闪存的设备来说，多通道读写是其性能提升的关键因素，M.2的小体积就天生注定它很难实现多通道、多芯片的设计方案，即使可以，成本也非常高，难以被市场广泛接受。再加上小体积无法使用更多芯片扩展容量，因此M.2设备的容量无法与传统的2.5英寸、PCI-E规格的存储设备相比。所以M.2接口也不太可能成为市场主流。

除了上述的PCI-E和M.2外，经过选择和比对，U.2接口是目前比较出色、有可能成为未来存储设备标准的接口。原因也很简单，U.2接口主要面向的是2.5英寸存储设备。2.5英寸的硬盘目前无论在移动市场还是在台式机市场，不但有极高的保有量，也是市场的绝对主流。2.5英寸设备相比M.2存储设备，体积足够大，能够承载更多的存储芯片，容量和速度都有保证。相比PCI-E存储设备，其板型、设计则更加小巧，成本更低，能在性能与价格中获得一个更好的平衡点。因此，U.2接口很可能在SATAe接口不太受人欢迎之后，接棒市场成为未来受用户青睐的存储设备接口。

在U.2接口成为标准之后，厂商可能根据不同的用户类型，在设备端采用不同的传输规范。对企业级用户和服务器用户来说，U.2接口的硬盘设备会使用SAS规范。那么对绝大部分普通用户来说，SATA-Express规范可能成为未来U.2接口硬盘的主流规范，能够实现高PCI-E 3.0 x4的速度，基本上可以满足未来很长一段时间SSD设备发展的需求了。而对一些机械硬盘来说，SATA接口可能依旧是不错的选择，U.2也完美支持SATA规范。这样一来，厂商只需要使用一个物理接口就可兼容所有的传输规范，用户也可以从中受益，实现双赢。

U.2接口产品和性能实测

目前市场上已经采用U.2接口的存储产品不算很多，主要有英特尔的SSD 750系列中的2.5寸版本、三星XS1715、OCZ Z-Drive 6000三款产品。三款产品都有一个共同的特点，均采用SATA Express传输规范，支持NVMe工作模式，接口带宽达到PCI-E 3.0 x4，这似乎意味着它们都具备非常强大的性能。下面就让我们通过摘录国外媒体THE SSDREVIEW对三星XS1715的几个先行测试，来看看U.2 SSD具备怎样的性能。其测试平台如下：