SATA Express

最初内置SATA Express控制器的是英特尔于2014年的9系列PCH芯片组（H97、Z97），适用于Haswell微架构的处理器（LGA 1150插槽）。[2][3]不过，2013年11月华硕发布了带有SATA Express连接端口的「Z87-Deluxe/SATA Express」主板，使用一颗由祥硕科技提供的SATA/PCIE分配芯片ASM106SE和相应的多任务器芯片支持，不过这款主板仅在2014年的CES消费电子展上展出以后便无任何推出市场的计划了。[4][5]

2014年4月，华硕公开展示了一种准量产型的SATA Express硬件，并支持华硕称为「带独立展频时钟的分立式基准时脉」（SRIS）特性。SRIS的要点在于在SATA Express存储设备上增加一个用于数据信号传输的时钟发生器，在主板的固件上予以额外支持，来降低SATA Express数据连接线传输同步PCIe总线信号时屏蔽的技术需求，并降低辐射。[6][7][8]

2014年5月，首批使用Z97和H97芯片组的主板上架贩售，不少主板不仅提供了SATA Express连接端口，还提供了M.2插槽（M.2是一种界面卡式存储器连接结构，安装于主板上，和SATA Express原生物理界面一样提供PCIe和SATA的脚位）。Z97和H97为每个SATA Express连接端口各提供了PCIe 2.0 ×2规格的PCIe信道，每个SATA Express设备可拥有1GB/s的带宽。[3][9][10]不过这两款芯片组的主板都主要用于高端性能机桌面型平台，对一般主流级市场影响不大。[11][12]而极致性能级桌机平台上，英特尔于2014年8月推出了支持SATA Express的X99芯片组。X99主板上SATA Express界面的PCIe信道仍由X99 PCH提供，而M.2插槽的PCIe信道则是视主板厂商而定，可从X99 PCH上引出两条PCIe 2.0信道，也可从LGA 2011-v3插槽的处理器上引出最多4条PCIe 3.0信道，来供M.2插槽使用。[13]

AMD则于2017年发表了Socket AM4和Socket SP3(r2)/LGA 4094处理器平台，内置SATA Express控制器。[14]

SATA Express的推广使用上，分为两种情况。单就SATA Express控制器本身而言是算成功的，至2017年推出的主板芯片组、x86 CPU/SoC均有支持。然而就SATA Express物理接口上来说则是相当的失败，以至于SATA Express协定被NVMe协定取代，SATA Express物理接口也被后续者M.2和U.2取代，载有SATA Express物理界面的主板可谓是相当的少，早期甚至连驱动程序也欠奉；至于SATA Express物理界面的存储设备也可谓寥寥无几。[15][16]

2015年SATA Express发布了一种兼容SAS、PCI Express x4、SATA总线的的U.2连接器界面，U.2更多用于服务器等企业应用场合。

对于SATA Express控制器和其连接的存储设备，它们可使用3种不同的逻辑设备接口和命令集：[22][17]

用于向下兼容传统的SATA设备（包括使用AHCI逻辑接口的SATA设备）、SATA Express控制器提供的SATA 3.0连接端口。

一来是用于使用PCIe总线并通过AHCI逻辑接口与主机连接的PCIe SSD；而二来是在操作系统中以兼容性为目的，提供非性能优化，以广泛使用的SATA模式（通过AHCI逻辑接口）访问PCIe SSD（即AHCI模式，方便安装不支持NVMe的旧版操作系统，如Windows 7）。在AHCI开发的时代，系统的主机适配器将CPU/内存子系统与相对慢得多的、基于旋转磁性介质的存储子系统，AHCI是针对这种悬殊的速度差来进行优化设计的。而到了固态硬盘广泛使用的时代，AHCI便出现了一些与固态硬盘的运作原理不相适应之处而导致的性能低落，现时固态硬盘机采用的闪存，存储原理与DRAM有类似之处（尽管速度仍是慢得多），不同于旋转存储媒介。

用于使用PCIe总线并通过NVMe逻辑设备接口与主机连接的PCIe SSD。NVMe是一种转为闪存设计的高性能、可扩展的主机控制器接口，其高性能主要在于低延时和I/O操作的并列性，现代CPU、系统平台及应用均可受益。相比AHCI，NVMe提供在主机硬件和软件可支持的情况下提供原生的存储并行性支持，更少的数据存储层级、更深的命令队列和更高效的中断处理。

共有五种物理是SATA Express可用的，取决于设备的用途：[18]

• Host plug：即原生SATA Express物理接口，用于主板、附加控制器（如扩展适配器）上。与旧型SATA设备无缝兼容、不需要额外的适配器或转换器的保守设计。[18]主板一侧的连接器可选择连接两个旧型SATA设备或是一个SATA Express连接线的PCIe固态硬盘。而连接端口上的总线工作在PCIe模式还是SATA模式，取决于所连接的存储设备。[25]
• Host cable receptacle：SATA Express数据连接在线的插头，用于连接主板上的Host plug插座，不兼容于旧SATA插座。
• Device cable receptacle：SATA Express数据连接在线的插头，用于连接存储设备，兼容旧型SATA插座，一个Device cable receptacle插座可插上一条旧SATA连接线与主板的SATA插座连接，不过这样的话设备只会在SATA模式运作。
• Device plug：使用于SATA Express存储设备上，这种连接端口是部分向下兼容设计，可令设备与多链接SAS（MultiLink SAS）或与下面提到的U.2主板插头配合使用。[26][lower-alpha 1][lower-alpha 2]然而，SATA Express在设备与主板连接后，需要设备支持PCIe连接时方能打开PCIe信道。
• Host receptacle：与M.2类似的板上连接方式，不需要连接线。这种连接方式间接兼容连接一个旧型SATA设备。

这五种SATA Express物理连接器仅提供两个PCIe信道（即PCIe ×2规格），毕竟一开始就是基于旧版SATA及SAS物理接口改造的保守设计，注重向下兼容性和成本效益，以便降低推广成本，而且就算因性能接受度问题（仅支持到PCIe ×2）没有厂商愿意推出搭载这类连接器的主板或设备，兼容SATA接口的设计也能保证其可用性及重用性。

事实上SATA-IO并不满足于让SATA Express仅支持到PCIe x2的规格。SFF-8639连接器规格（即后来的U.2）支持PCI Express x4、SAS、SATA总线，但采用线缆结构，主要用于企业级、服务器固态存储设备。[26][29][30][31]至2015年3月，一些厂商推出了使用U.2连接器、支持NVMe的固态硬盘产品（如Intel 750系列）[27][32][33]，预料本规格在性能上会获得更广的接受度，因为和M.2一样可以使用PCIe x4的规格，比原生SATA Express的高出一倍的PCIe信道，能达成最高约32Gbps（约4GB/s）的带宽，同时保有SATA等旧型总线的间接兼容性。因针脚定义相同，SATA Express也可直接使用M.2物理接口来实现板上连接，而市面上也有M.2与U.2的被动转接器贩售。[34]也有SATA Express设备直接采用PCIe物理规格的例子。

U.2支持热插拔而M.2不支持热插拔；U.2可使用3.3V电源电压和12V电源电压，而M.2只能使用3.3V电源电压；M.2可应用于固态硬盘、无线网卡等设备，而U.2仅用于2.5英吋固态硬盘。

下表简略展示SATA Express不同连接器之间的兼容度：