2008年6月19日 星期四

產業瞭望-SSD介面發展多元 長期仍以SATA穩具領先優勢



固態硬碟(Solid State Drive;SSD)介面種類多元,主要包括PATA (Parallel Advanced Technology Attachment)、SATA (Serial ATA)、PCIe (Peripheral Component Interface Express)與USB (Universal Serial Bus)。

因SSD由NAND 型快閃記憶體(Flash)晶片組成,而NAND Flash屬半導體元件,與機械式硬碟(Hard Disk Drive;HDD)採用磁碟、馬達與各式機械零件並不相同,然SSD主攻PC市場,為使消費者較易比較其HDD讀取效能,因此仍依循HDD介面發展。

PATA SSD諸多限制 難滿足PC要求

PATA介面發展已久,優點為便宜、容易使用且相容性高,然受限於介面特性,雖1條排線可同時連接2台裝置,不過1次僅能處理1台裝置的數據資料,因此傳輸速度並不快,最高僅達133MB/s,對講求讀取效能的PC而言十分不足。

另外,PATA介面以扁平式排線連接PC主機板與硬碟,排線長度不到50公分,無法用於外接式裝置,約5公分的寛度亦不利機殼內部的空氣對流與散熱,且訊號線接腳多達40-pin或80-pin,在傳輸資料時也容易互相干擾,基於讀取效能不足與前述限制,PATA介面現今已較少被使用於中高階儲存設備,SSD採PATA介面者亦不多。

SATA直搗需求核心 攻城略地

SATA介面則為解決PATA介面缺失而設計,其訊號線接腳僅7-pin,可將干擾降至最低,寬度也能大幅降至1公分以下,有利機殼的散熱,另外,SATA採點對點串列的方式傳送訊號,每1條通道只支援1個裝置,因此不需像PATA介面需要對同1條通道中的主、從裝置設定跳接,如此可消除同一通道上有2個裝置時,所產生的資源衝突,傳輸速度也會比較快。

SATA介面於2001年推出SATA 1.0時,傳輸速率便已達150MB/s,高於PATA最大傳輸速率133MB/s,隨著SATA 2.0與3.0的陸續推出,傳輸速率更倍速成長至300與600MB/s,傳輸速度演進之快,非PATA介面能及,近年來已逐漸取代PATA,成為儲存設備主流介面。

目前市面上主打SATA介面的SSD,主以取代機械式硬碟為目標,故需較先進與高效能的介面規格來滿足PC要求,且現階段SATA介面的SSD以SATA 2.0為主流,雖SATA 3.0佔比尚低,然其每秒高達600MB的傳輸速率,將為SATA SSD未來趨勢。

PCIe與USB 鎖定PC內嵌與外接SSD需求 

除PATA與SATA介面較為消費者所知,PCIe與USB亦為SSD業者較常採用的介面,其中PCIe介面主要用於內嵌式應用,英特爾(Intel)的Turbo Memory即採PCIe介面,新帝(SanDisk)與超捷(SST)亦推出PCIe介面的NAND Flash模組,主攻內嵌式SSD市場。

雖PCIe介面主要用於內嵌式應用,然也可透過Express Card來滿足PC的外接需求,Express Card可同時支援PCIe與USB 2.0介面,最大傳輸速率可達500MB/s,容量一般在4~32GB,可視為1支大容量的隨身碟或較小容量的外接式硬碟,台廠如創見、勁永皆有產品推出。

PCIe介面規格由PCI-SIG (PCI Special Interest Group)於2002年中期所制定,如今市面上大多數主機板皆提供PCIe插糟,隨著版本的推陳出新,PCIe介面可提供的傳輸速度也愈快,以最基本的x1規格為例,PCIe 2.0的傳輸速率由PCIe 1.0時的單向250MB/s提升到500MB/s,PCI 3.0更可提升至750MB/s,若以高階顯示卡所採的×16規格來看,PCIe 2.0可達單向8GB/s、PCIe 3.0可達單向12GB/s的傳輸速率,十分驚人。

PCIe 2.0已於2007年底量產,預計2008年底前可望取代PCIe 1.0成為主流,PCIe 3.0則預計於2010年推出,雖目前SSD採用PCIe介面的業者並不多,且因採此介面的SSD或NAND Flash模組主要用於提升PC效能,而非完全取代機械式硬碟,故多採用×1規格,然未來若PC欲採用PCIe介面的SSD為主要儲存媒體,勢必將視儲存容量大小,進一步往×4以上規格提升。

至於USB (Universal Serial Bus)為目前最常見的PC與其週邊設備標準,幾乎所有的PC產品皆配備1~2個USB連接埠(Port),其最受人稱道的優點在於其隨插即用(Plug & Play)與可熱插拔(Hot Attach & Detach)的特性,雖USB介面也有其限制,例如熱插拔達一定次數後容易造成系統當機,且連接的週邊設備愈多,傳輸速率與效能也將打折扣,不過因具成本優勢,故許多IT與CE產品皆配備USB介面。

目前USB介面以USB 2.0為主流,最大傳輸速率可達480Mbps (換算後為60MB/s),是USB 1.1與USB 2.0全速規格的40倍之多,然據相關業者表示,目前市面上能達到USB 2.0高速(High Speed)規格480Mbps傳輸上限的裝置並不多,一般僅達USB 2.0全速(Full Speed)規格12Mbps的3至10倍水準,即約5~15MB/s。

以目前主流64GB SSD的傳輸速度來看,讀取速度介於65~100MB/s、寫入速度介於45~70MB/s,USB 2.0所能提供的實際傳輸速度尚無法滿足其需求,頂多只能用於如Eee PC等小尺寸低價PC的內嵌式儲存媒體,或是用於隨身碟與記憶卡產品,成為PC的外接記憶體裝置(External Memory Device;EMD)。

因此,若SSD欲採USB介面,最新的USB 3.0應較可行,USB 3.0宣稱可提供最高4.8Gbps (換算後為600MB/s)的傳輸速率,為USB 2.0 High Speed規格的10倍,可有效提升NAND Flash相關應用的傳輸速度,例如高速隨身碟、記憶卡與SSD等,由於SSD未來亦可能有外接式需求,所以USB介面SSD仍是有其發展空間。

不過,未來外接式SSD若欲達與內嵌式SSD相同效能,至少需待PC主機(Host)端發展到USB 3.0介面且大量普及之後才較有機會。

SATA長期發展機會大 控制IC支援能力不可缺

目前較新的PC機種內建的SSD,大多已捨棄PATA介面,以SATA與PCIe為主要發展方向,雖SSD介面已發展到USB 3.0、SATA 3.0、PCIe 3.0,但仍以SATA 2.0為大宗,佔SSD 8成以上出貨量比重,其他介面在SSD的佔有率則仍低,即使SATA 3.0亦尚在起步階段,USB 3.0則更未有明確普及時點。

雖SATA可望領先其他介面成為SSD介面主流,然仍需控制IC提供足夠支援,才能將採用SATA介面的效益發揮至最大,過去SSD多透過橋接晶片(Bridge IC)將訊號由PATA介面轉換到SATA介面,導致傳輸速度則仍受限於PATA速度。

近來SSD已逐漸發展至只用1顆控制IC來管理後端的NAND Flash晶片,直接採用SATA 1.0或2.0介面,而不再走PATA轉SATA模式,可支援的容量與速度亦大幅提升,然SSD欲透過SATA介面的採用來充分發揮讀取效能,支援的控制IC設計能力將是主要關鍵。
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