NVMe、AHCI、PCIe、SATA、NGFF接口、协议小结

这些接口、协议经常出现，搞的自己晕头转向，所以特意找资料总结一下，本文不涉及详细的接口标准及协议内容。在遇到这些名称的时候，能帮助区分它们的不同就好。

首先有三个总的分类，即 通讯协议、物理接口标准（规范）、传输通道。

AHCI：是一种通讯协议；

NVMe：是一种通讯协议；

SATA：是一种物理接口标准，也是总线（通道）标准，该接口使用AHCI通讯协议；

PCIe：是一种物理接口标准，也是总线（通道）标准，该通道使用NVMe通讯协议。

知乎上有一张图很好的解释了各接口、协议、通道之间的关系。

SATA接口（小门）只能使用AHCI协议（自行车），走SATA通道（窄路）。

M.2接口（大门）既可以使用AHCI协议（自行车），走SATA通道（窄路），也可以使用NVMe协议（汽车）走PCIe通道（大路）。

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再详细说一下物理接口。

常见的接口有SATA、mSATA、PCIe、M.2四种，目前mSATA越来越少，逐渐被m.2取代。

SATA是机械硬盘HDD、固态硬盘SSD最常用的接口，目前已经发展到SATA3.0，总线最大传输带宽提升到6Gbps。SATA接口如下图。

SATA接口

mSATA接口

mSATA (mini-SATA)是迷你版本SATA接口，外型和针脚排布与mini PCI-E完全相同，但针脚信号定义不同，两者互不兼容。mSATA接口的外观跟M.2有点像，但是M.2的尺寸更小巧。因为都是用的是SATA协议，所以传输速度和SATA是一样的。

注：mini PCI-E与PCI-E x1接口是一样的。

mSATA接口

PCIE接口

PCIE接口有不同的长度，各长度插槽、各版本协议，传输速度如下表。

协议 \ 插槽	x1	x2	x4	x8	x16
PCIe 1.0	250MB/s	500MB/s	1GB/s	2GB/s	4G
PCIe 2.0	500MB/s	1GB/s	2GB/s	4GB/s	8GB/s
PCIe 3.0	1GB/s	2GB/s	4GB/s	8GB/s	16GB/s
PCIe 4.0	2GB/s	4GB/s	8GB/s	16GB/s	32GB/s

目前主板上基本是PCIEx1、x4、x16，英特尔7260AC网卡使用的就是PCIEx1的插槽，显卡都使用PCIEx16插槽。下图是常见主板上的PCIE插槽类型。

主板上的PCIE插槽

M.2：是物理接口标准，曾用名NGFF。M.2接口有两种，分为B Key和M Key，目前M Key是主流。具体区别如下图。

M.2 (NGFF)接口的两种类型

M.2硬盘还有多种长度规格，常见有2242、2260、2280，前面两位数字代表硬盘宽度，后面两位数字代表硬盘长度，如下图。

常见M.2硬盘尺寸

由于M.2接口既可以SATA通道 / SATA协议，也可以走PCIE通道 / NVME协议，所以购买SSD的时候需要注意甄别。

如果买了SATA协议的，理论速度最高也只能达到6Gb/s，实际测试大概在550MB/s左右。

只有使用NVME协议的才能达到理论16Gb/s速度，相当于2000MB/s，实际测试也能达到1500MB/s左右。