[硬件产品讨论] 消费级固态硬盘的接口和相应的分类

• 根据物理外形可以分为2.5英寸、M.2和AIC三类。
  • 根据物理接口可以分为SATA、U.2、M.2 B & M Key、M.2 M Key和PCIe五类。
• 根据总线接口可以分为SATA和PCIe两类。
• 根据数据协议可以分为AHCI和NVMe两类。

本文主要讨论消费级固态硬盘，3.5英寸、1.8英寸、U.3和M.3等规格应用较少，SAS主要用于企业级产品，IDE/PATA、mSATA和PCIe+AHCI的固态硬盘已经基本淘汰，在此略去不提。

• 物理外形即Form Factor，可译为板型。
• 此处的数据协议指应用层协议。
• M.2原名NGFF，全称Next Generation Form Factor，由PCI-SIG和SATA-IO组织制定。
• AIC即Add-in Card，如独立显卡那样的插卡式，AIC固态多为HHHL规格。
• SATA即Serial ATA，全称Serial Advanced Technology Attachment。
• PCIe即PCI Express，PCI全称Peripheral Component Interconnect。
• U.2原名SFF-8639，是一种可支持PCIe、SAS或SATA总线的物理接口(连接器)，主要用于SAS和PCIe固态硬盘。
• SAS全称Serial Attached SCSI，主要用于企业级产品，SAS控制器兼容SATA驱动器。
• AHCI全称Advanced Host Controller Interface，高级主机控制器接口。
• NVMe即NVM Express，或称Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification，非易失性存储器主机控制器接口规范。NVMe是PCIe固态硬盘的标准逻辑设备接口规范，但并不一定运行在PCIe总线上。

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图片来源：[url=https://searchstorage.techtarget.com/definition/U2-SSD-formerly-SFF-8639]What is U.2 SSD (formerly SFF-8639)? - Definition from WhatIs.com[/url]

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图片来源：[url=https://www.samsung.com/cn/business/memory-storage/983-dct-nvme-m-2-ssd/mz-1lb960ne/]983 DCT NVMe M.2企业级固态硬盘 _ MZ-1LB1T9NE _ 三星商务 CN[/url]

• M.2模块的外形为长方形，在一侧短边有一个连接器(有75个引脚位置，最多67引脚，间距为0.5mm，PCB两面的引脚彼此偏移)，并在另一侧短边的中央有一个半圆形安装孔。
• M.2标准规定模块宽度为12mm、16mm、22mm或30mm，长度为16mm、26mm、30mm、38mm、42mm、60mm、80mm或110mm。
• 在插槽防呆位置上，M.2规定了A Key、B Key、E Key和M Key等防呆键位。
  • 防呆键位为A Key的M.2插槽又称Socket 1，常用于WLAN模块。
  • 防呆键位为B Key的M.2插槽又称Socket 2，常用于固态硬盘和WWAN模块。
  • 防呆键位为M Key的M.2插槽又称Socket 3，常用于固态硬盘。
• 此外M.2对PCB两面的元件厚度也作出了规定。

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图片来源：[url=https://zh.wikipedia.org/wiki/M.2]M.2 - Wikipedia[/url]

• 常见M.2固态硬盘宽度均为22mm，长度为30mm、42mm、60mm、80mm或110mm。对于这些规格的M.2固态硬盘，通常缩写为如“2280”和“22110”的形式，其中前两位数代表模块宽度，剩余位数代表长度。

下图为2280、2242和2230规格的WD SN530(SN550的OEM型号)固态硬盘：
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图片来源：[url=https://www.westerndigital.com/products/commercial-internal-drives/pc-sn530-ssd]Western Digital PC SN530 NVMe SSD _ Western Digital[/url]

• M.2固态硬盘通常为B & M Key或M Key防呆键位。其中B & M Key的M.2固态硬盘可能为SATA或PCIe x2总线，M Key的M.2固态硬盘通常为PCIe x4总线。

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图片来源：[url=https://zh.wikipedia.org/wiki/M.2]M.2 - Wikipedia[/url]

• 这两种防呆键位的区别在于，B Key的防呆键位正面为6根引脚，背面为5根引脚，而M Key的防呆键位正面为5根引脚，背面为4根引脚。
• 通常M.2固态硬盘安装时正面朝上、背面朝下(朝向主板)，但也有例外。

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图片来源：[url=https://mp.weixin.qq.com/s/sF2o--onwnq1xx_2-TQlAw]聊一款“内卷”的笔记本电脑 - 猪王 - 笔吧评测室[/url]

• Socket 3插槽可以安装B & M Key或M Key的M.2固态硬盘，而Socket 2插槽只能安装B & M Key的M.2固态硬盘。
• 值得注意的是，采用Socket 3插槽并不代表其一定支持PCIe总线。
• Socket 3插槽可能可能既支持PCIe总线又支持SATA总线(二选一)，也可能只支持PCIe总线，也可能只支持SATA总线。通常Socket 2插槽只支持SATA总线。
• 此外Socket 3插槽不一定支持PCIe x4，也可能只支持PCIe x2甚至PCIe x1。
• 不同版本和通道数的PCIe设备之间能相互兼容。如PCIe 3.0 x2的M.2插槽能支持PCIe 3.0 x4的固态硬盘，但是只能运行在PCIe 3.0 x2模式；PCIe 2.0 x4的M.2插槽能支持PCIe 3.0 x2的固态硬盘，但是只能运行在PCIe 2.0 x2模式。
• 下图中的两个M.2插槽分别为Socket 3插槽(左边)和Socket 2插槽(右边)。

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图片来源：[url=https://www.chiphell.com/portal.php?mod=view&aid=14941&page=8]MSI GT72S 6QF018CN 评测 - 第8页 - 笔记本 - Chiphell - 分享与交流用户体验[/url]

• M.2模块以“WWLL-HH-K-K”或“WWLL-HH-K”格式描述其物理规格。其中“WW”(width，宽度)和“LL”(length，长度)部分分别表示以毫米为单位的模块宽度和长度。 “HH”部分表示模块为单面或双面，以及PCB表面元件的最大厚度，可能的值如上表。模块防呆键位由“K-K”或“K”部分表示。

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图片来源：[url=https://www.samsung.com/cn/business/memory-storage/983-dct-nvme-2-5-inch-ssd/mz-qlb1t9ne/]983DCT NVMe U.2 企业级固态硬盘 _ MZ-QLB1T9NE _ 三星商务 CN[/url]

• U.2规范由SSD Form Factor Working Group制定，规定了U.2接口的机械和电气特性。
  • [url=http://www.ssdformfactor.org/docs/SSD_Form_Factor_Version1_a.pdf]SSD_Form_Factor_Version1_a (1).pdf[/url]
• U.2(原名SFF-8639)是一种可支持PCIe、SAS或SATA总线的物理接口(连接器)。
  • 与M.2接口类似，U.2接口不一定采用PCIe总线，但主要用于PCIe总线的设备。
• 无需经过电气层转换，U.2即可转换为PCIe或M.2接口。
• U.2最高可支持PCIe x4总线。
• U.2支持热插拔和双端口特性。
  • 双端口指单个驱动器连接两个控制器作为热备。
  • 双端口设备最高只能运行在PCIe x2模式。
• 在物理外形上，U.2与SATA和SAS相似，并能实现向下兼容。
  • 与SAS背板在物理上兼容SATA硬盘类似，U.2背板在物理上兼容SAS和SATA硬盘。

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图片来源：[url=https://searchstorage.techtarget.com/definition/U2-SSD-formerly-SFF-8639]What is U.2 SSD (formerly SFF-8639)? - Definition from WhatIs.com[/url]

• 在控制器端(主板或HBA卡)，通常采用SFF-8643(Mini-SAS HD)或SFF-8611(OCuLink)接口(连接器)，这两种接口也可复用为4个SAS/SATA接口。