前言
小黄鱼上200收了一台2013年4+128GB的MacbookAir，在企图给这玩意换硬盘的时候发现有文章提到在更换了NVME的固态以后将无法装回10.12及以下的系统……可是经查询资料得知Apple确确实实在这一代Macbook上用上了PCIEx2通道SSD——从直接买个转接卡就可以安装NVEM固态这一点也看出来此话不假。那这一代Macbook上的SSD到底是个什么玩意？
原来，这类固态是个怪胎——通过PCIE通道传输AHCI协议的SSD，从Apple的系统信息里也可以看到这个固态实际上是挂到串行ATA设备树下面的。
这个时候有的聪明的小伙伴就站了起来：那我买个“SATA协议的M.2接口SSD”装到上面去不就可以了？
不，也不行，前面提到了，这些固态是通过PCIE通道传输的，而那些带有M和Bkey的固态走的是SATA进行数据传输，传输协议不对当然不可能被识别……
这到底是什么情况？为什么新的固态换上去就是在NVMExpress下面还装不了老系统？(╯‵□′)╯︵┻━┻
软件协议？传输协议？物理接口？
别急，接下来请看这张图，网络上对于这些接口，协议都有很严重的混淆，这张图较为清晰的展示了这些协议之间的联系
上层软件协议：这些协议告诉硬件间应当使用何种指令进行操作。
传输协议：两个设备之间使用何种指令进行数据交换。
可以看到，作为传输协议的PCI-E可以同时对接到AHCI和NVME的两种软件协议，而可以传输PCI-E协议的接口又有着M.2、PCIE、U.2三种，而我们平时狭义上的“M.2固态“又有着SATA和PCIE两种传输协议，这两个传输协议又分别连接了AHCI和NVMe两种软件协议……
byd，这博主叽里咕噜说什么呢？啥SATA不AHCI，NVEe不M.2的？走了走了
光说确实很难理解，我们直接上图
这是一块微星的MS450固态，他的一块软件协议为NVMe，通过PCIE传输协议进行传输数据的M.2接口的固态，也是我们目前提到“M2硬盘”或者“NVMe固态”常代指的固态
上图是一块软件协议为AHCI，通过SATA传输协议传输数据的带有BkeyM.2接口的国产杂牌固态，这样的固态常见于4-9代intel平台的OEM笔记本或台式机上，披着M.2接口的“狼皮”却通过SATA传输协议传输数据，这类固态由于使用SATAIII传输协议因此理论速度最高只有6Gbps，和下图的SATA接口的固态在软件协议和传输协议上没有任何区别，这两种固态只有接口不同而已
那”通过PCIE通道传输AHCI协议的SSD“到底是个什么鬼？这难道不是上面这种固态吗？
非也非也，请看下面这张图
这是三星XP941，他就是一块软件协议为AHCI，通过PCIE传输协议传输数据的M.2接口的固态，这类固态和那台2013年的Macbook Air上的固态是同一类，也就是：
PCIe 总线
AHCI 协议
非 NVMe
的奇葩固态
那么为什么会出现这种奇葩固态？
混乱的传输协议与标准
你需要一个更高效的传输模式——PATA
1997年，Altec ComputerSysteme推出了一款并行SCSI闪存SSD，接着1999年 BiTMICRO推出了18GB 的闪存SSD。作为当时绝对称得上初出茅庐的SSD并没有自己专属的协议，只得屈居篱下的使用自1986年的ATA技术进行数据传输。
ATA是用传统的40-pin并行数据线连接主板与硬盘，对于第6代的ATA（ATA/133）来说，外部接口速度最大为133MB/s。听起来似乎十分美好，133MB/s的速度也不算慢，但是在并行总线中，多个数据线并行传输信号。随着传输速度的提升，信号之间会相互干扰，电气噪声加剧。在并行传输中，多个信号线需要保持同步，这意味着每条线上的信号必须精准地同步传输。如果有任何微小的时钟偏差或者线路长度不均，会导致不同信号之间的传输误差，造成数据丢失或错误。在高频传输时， 时钟误差会导致信号不对齐，进而降低有效带宽。同时，ATA还存在地址通道的瓶颈，寻址过程中会导致延迟增加，使得系统响应速度变慢。
划时代的开端——SATA
终于，人们再也忍受不了ATA协议易受干扰、效率低下等等的缺点，于是当时的各个头部计算机厂商表示我们联合！成立了国际串行ATA组织（Serial ATA International Organization，下文简称SATA-IO），与之推出的协议就叫串行ATA（SATA），原来的ATA协议改名为PATA。由于采用了串行技术，即使在串行通信中只有一条信号线传输数据，通过时钟同步技术，串行传输的效率要高得多。串行通信的数据线虽然更少，但可以通过更高的频率（高时钟速度）来弥补信号传输速率。同时，串行传输不存在并行传输中的同步问题，因此在高速数据传输时，串行通信的效率高于并行通信。
SATA 由 IDE/ATA 标准发展而来，主要用途是把存贮设备（硬盘）连接到主机（主板）。SATA 经历了如下版本：
SATA revision 1.0 (1.5 Gbit/s, 150 MB/s)
SATA revision 2.0 (3 Gbit/s, 300 MB/s)
SATA revision 3.0 (6 Gbit/s, 600 MB/s)
SATA revision 3.1
SATA revision 3.2 (16 Gbit/s, 1969 MB/s)在 IT 界，有一样很重要的东西叫“向下兼容”。SATA 在发展的过程中，也要考虑“向下兼容”因素。譬如，主板上 SATA-3 的接口，可以连接 SATA-2 的硬盘。
出于向下兼容的考虑，SATA 可以工作在两种模式：传统模式和 AHCI 模式。传统模式是为了兼容以前的 IDE/PATA。AHCI 模式(Advanced Host Controller Interface)则比较新，支持 SATA 独有的功能，如热插拔、原生命令队列(NCQ)等。现在基本上所有 SATA 设备都是 AHCI 模式。
有的小伙伴可能注意到，SATA理论带宽和SATA的理论速度并不是8:1的换算关系，走了走了，这个啥子博主连算数都算不对，别搁这儿写文章误导人了
事实上，在一些新的技术标准中，为了防止数据在高速传输中出错而加入校验码，比如PCI-E 2.0、USB 3.0和SATA 3.0中采用的是8/10编码，每10位编码中只有8位是真实数据，这时单位换算就不再是1:8而是1:10，USB 3.0的5Gbps速度实际上是理论500MB/s而非理论625MB/s，SATA 6Gbps的理论速度则是600MB/s而非750MB/s。
同时，新的技术支持高级主机控制器接口功能（其实就是AHCI），可让SATA存储设备激活高级SATA功能
探索不停的SATA-IO
在2010年之前，PC市场大多以机械硬盘为主，受到物理学的限制，家用机械硬盘的转速即使转飞最多也不过200多MB/S，连SATAII的理论速度都吃不满。因此此时诞生的AHCI协议并没有针对当时还是“富豪的玩具”的SSD进行优化。
一刻没有为达到发展瓶颈的HDD哀悼，紧接着赶到战场的是——迅猛发展的SSD！2007年2月，Mtron 推出的PATA SSD写速度为80MB/，但是仅仅8个月后，忆正的FATA 和SATA SSD 的读写速度达到100MB/S。当时间来到两年后的2009年，浦芯微电子的2.5英寸SSD做到了1TB 容量，SSD 终于在同样的空间内，实现了和HDD一样大的容量。打破了HDD厂商认为 HDD 的优势是增大容量只需增加盘片密度，而SSD必须将内部芯片数量翻番才能实现容量翻倍的固有认知。这款MILC SSD 证明一个存储单元（Cell）多存儿位数据也可以让容量翻倍，而性能却远超 HDD：读写带宽分别为240MB/s和 215MB/s，读延迟小于 100us，随机读写分别为 5Ok IOPS 和 10k IOPS。HDD厂商的危机来临了。
冲高不能之SATA Express
进入2013年，固态的发展已不再满足于仅仅于SATA III的6Gbps的传输速度。SATA-IO在单纯提高传输频率失败情况下决定耻辱的 （挣钱吗，不寒掺）转向了PCI-E，推出了SATA Express，结合了SATA与PCI Express技术，通过整合PCIe物理层实现带宽跃升，在PCIE2.0x2下最高支持10Gbps传输速率。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，适用于Haswell微架构的处理器。各家主板OEM厂商也十分乐于拥抱新技术，迅速在自己的旗舰上推出了带有这个接口的主板，并作为卖点的狠狠宣传。
听起来真的是非常美好呢！从SATA III的6Gbps提升到10Gbps！想必他的接口也一定像之前一样体积小兼容性高吧！
是的，这个美丽废物不仅需要一个专用的接口占用宝贵的两条PCIE通道，还要占用两个SATA口但却不起到数据传输的功能。那我问你？你这两个SATA接口占用的目的是什么？是为了提醒大家这还是SATA-IO的杰作吗？SATA Express实在是太失败了，你甚至很难搜到关于当年固态的评测，中文互联网上唯一的完整一个评测是PConline测评来自华硕出品的SATA-Express名为“Hyper Express”的固态。或者说，这甚至称不上固态，因为你拆开一看会发现这其实是两个mSATA固态（疑似不附赠）通过RAID0组成的美团拼好盘……
这个接口的失败最终仅仅在9系列高端芯片组的主板上昙花一现。到了100系列芯片组的发布，在各家板厂推出的H170/B150/Z170几乎再也看不到这个接口的影子。
mSATA
同时期的SATA-IO也没忘记尝试在小型机和笔记本上分一杯羹，推出了mSATA尝试将设备小型化。在更加先进的接口出现之前，mSATA接口多用于固态硬盘，适用于需要尺寸较小的存储器的场合（如工控机和早期超极本或相机类似产品）
这抽象玩意虽然接口和miniPCIe一样，但是电气信号与其完全不同，意味着这两种接口根本不互相兼容，如果不小心互相误插（接口一样）甚至可能造成设备损坏
接口大一统
脍炙人口之M.2
终于，intel看不下去了，跟着这群虫豸怎么能做好小型化？？推出了NGFF接口，并在2013年之后更名为M.2接口。Intel 在制订M.2接口的规范时，并未限制其所使用的信号协议，仅定义了尺寸规格与工作电压等项目，也因此M.2得以兼容于多种接口信号控制器，包括 SATA、PCIe、USB、音频等等，对于厂商在设计产品时，可提供更高的自由度。
同期的主板厂商迅速跟进，在Z97高端芯片组的主板上迅速出现了这个人见人夸的接口。前面提到M.2能够兼容于多种接口，因此主板厂商们也按照规范允许这个先进的接口传输SATA和PCIe两种不同的传输协议。部分存储厂商如三星和闪迪也迅速跟进，拿出了基于这个接口的固态，一部分便是前面提到的软件协议为AHCI，通过SATA传输协议传输数据的带有BkeyM.2接口的固态（反正就是换个接口的事情。
但是当时的高端SSD虽得以采用PCI Express总线制造，但需使用非标准规范的接口，为了兼容当时的UEFI固件不得不采用传统的AHCI软件协议进行传输（你愿意让用户买到手的固态插上去发现装系统的时候就识别不了吗，此时财大气粗的Apple也恰好把mSATA的600MB / s榨到了极限，因此苹果在这一代开也始使用PCIe 2.0 x2接口，带来了迄今为止最大的性能提升。此时闪迪与三星恰好是Apple的主要闪存芯片供应商，于是这些采用传统的AHCI软件协议但是走PCIe协议传输的固态便出现在了2013-2014年的Macbook上。
是新协议哦！
随着SSD技术的发展，老旧的且支持的命令队列只有32个命令协议的AHCI已经不能满足SSD的高速传输了。这意味着数据从存储传输到服务器主机时，会进入一行或队列。传统的SATA连接只能支持一个队列，一次只能接收32条数据。
还是我们最亲爱的Intel，着手寻找SATA的替代方案的Intel最终拉着一众厂商成立了非易失性内存主机控制器接口工作组，也就是大名鼎鼎的NVMExpress，其基于设备逻辑接口的总线传输协议规范，用于访问PCIe总线附加的非易失性存储器介质，相比AHCI有着巨大的提升
当数据从存储传输到服务器主机时，会进入一行或队列。传统的SATA连接只能支持一个队列，一次只能接收32条数据。而NVMe存储支持最多64000个队列，每个队列有64000个条目。
NVMe使用原生PCIe通道，免去了SATA与SAS接口的主机控制器与CPU通信所带来的延时。NVMe标准的延时只有AHCI的一半不到：NVMe精简了调用方式，执行命令时不需要读取寄存器；而AHCI每条命令则需要读取4次寄存器，一共会消耗8000次CPU循环，从而造成大概2.5微秒的延迟。
NVMe支持同时从多核处理器接受命令和优先处理请求，这在企业级的重负载时优势明显。
NVMe加入了自动功耗状态切换和动态能耗管理功能。设备从Power State 0闲置50ms后可以切换到Power State 1；继续闲置的话，在500ms后又会进入功耗更低的Power State 2，切换时会有短暂延迟。SSD在闲置时可以非常快速的控制在极低的水平，在功耗管理上NVMe标准的SSD会比AHCI SSD拥有较大优势。
NVME是如此的香，香到大家都十分乐意采用它，同时intel到了100系列芯片组由于PCIE3.0的加持M.2接口在x4通道下最高可以跑到32Gbps速度，相比Z97上PCIE2.0x2的可怜的10Gbps的速度可谓是质的飞跃，两个协议相互配合如鱼得水。UEFI固件厂商很开心，因为统一的NVME规范降低了开发难度。存储厂商很开心，因为高速固态的实力有了用武之地。OEM厂商也很开心，Apple在2015年就拥抱了这个规范，在新的mac上配备了对于的新SSD。
买到新产品享受到新技术的用户当然十分开心，不开心的只有还在拥有旧设备的用户。拥有Z97芯片组和M.2接口主板的玩家欢天喜地的买了新的NVME固态后发现插上去后Windows7操作系统由于没有集成NVME驱动无法识别，而且部分早期的Z97主板的UEFI固件甚至没有集成NVMEDxe驱动，这意味着你根本无法在UEFI中看到你新安装的NVME固态，更别说引导操作系统启动了。好在各家主板厂商十分勤快的更新了自家的BIOS固件纷纷让Z97主板得到了支持。
更惨的诸如还有Z87、B85或者更早的P67之类芯片组的老用户，Z97好歹还有像模像样的支持，而不如狗的老用户没有任何办法，即使你将到手的固态使用转接卡插在PCIe插槽上也因为UEFI固件没有相应的集成驱动无法引导系统，最多在进入系统后当个数据盘。也因此，部分玩家学会了将主板的固件提取出来，手动使用MMTools插入NVMEDxe后继续开心的使用新的NVME SSD。
当然，尊贵的拥有2013-2014的Mac用户不会想到，由于Apple没有理由给自家旧系统添加对NVME支持，且理论上更换第三方固态不在Apple的考虑范围内，在多年后他们给自己的旧爱机升级为NVME固态时将会遇到旧系统无法识别、睡眠问题、Trim无法开启等一系列阴间问题——毕竟Apple没有理由给第三方添加支持。你可是尊贵的原装mac用户啊。聪明的你一定想到了，那我去买一个“走PCIE的AHCI硬盘”插上转接卡不就好啦？很抱歉，这样的产品十分短命，在NVME协议推广开来和M2接口出现的2013-2014时间节点只有Samsung XP941 (2013)、SanDisk A110 (2013)、Apple 自家 OEM SSD（用于 MacBook 2013–2014）以及部分早期AHCI版本的Samsung SM951。更何况在2013年时间节点上出货的大多都是128GB的固态，256GB的固态本就很少，512GB的固态可以说是稀世奇品你说你买个128GB的固态换上去干啥
后记
SAS
相比于消费级市场的小打小闹，对于诸如大型互联网公司的企业级产品来说，稳定和无语伦比的兼容性才是至关重要的。同样在面对ATA的转型时期，ANSI INCITS T10技术委员会拿出了串行SCSI（Serial Attached SCSI，简称SAS）。SAS支持与串行ATA（SATA）设备兼容，且两者可以使用相类似的电缆，所以你能看到有诸如SAS1拖N个SATA这样丧心病狂的线缆……
第一代SAS为数组中的每个驱动器提供3.0 Gbps（3000 Mbps）的全双工传输速率。
第二代SAS为数组中的每个驱动器提供6.0 Gbps（6000 Mbps）的全双工传输速率。
第三代SAS为数组中的每个驱动器提供12.0 Gbps（12000 Mbps）的全双工传输速率。
第四代SAS为数组中的每个驱动器提供24.0 Gbps（24000 Mbps）的全双工传输速率，相关标准制订于2017年
U.2
U.2其实有另一个名字——SFF-8639，是SATA-Express的升级版，将整合的通道数从x2直接提升到了x4。由于本质上依然是一个PCIE通道和SATA的缝合怪，所以U.2接口有着史上无与伦比的恐怖兼容性——支持从SATA到M.2到SAS等等的各类传输方式与协议
企业存储的未来——EDSFF
当然，SSD的接口并没有止步于此。2017年，Intel联合众多行业巨头提出了一种代号“Ruler”的全新形态SSD，专为高密度、高性能的服务器和数据中心打造，2018年初形成行业标准EDSFF，很快得到普遍采纳，各种衍生规格和创新也是百花齐放，FMS 2019闪存峰会上就有各种各样的新品展示。
EDSFF主要分为长短两种规格，长的叫做EDSFF 1U Long，简称E1.L，十分类似Intel最初提出的Ruler，非常适合高密度存储，厚度有18毫米、9.5毫米两种。
SK海力士展示的PE8111就采用了这种设计，采用PCIe 3.0 x4和自家3D V6 TLC闪存，容量可以做到15.36TB、30.72TB。
可以看到，EDSFF SSD在常见的20W、25W功率版本的基础上，增加了40W和70W版本，同时，其PCIe Lane数量也在x4的基础上，增加了x8和x16，这些都为企业级SSD实现更高的读写性能打下基础。
接口方面，EDSFF E1、E3使用了相同的金手指，在有着更高信号质量的同时，兼容性也能得到保证。新的服务器背板连接器尺寸更小，可起到简化服务器内部设计，优化风道，增加服务器散热气流的目的
文章引用链接
M.2 - 维基百科，自由的百科全书 (wikipedia.org)
NVM Express - 维基百科，自由的百科全书 (wikipedia.org)
万字长文！揭秘SSD发展史：速度、容量、成本的完美平衡_硬盘_什么值得买 (smzdm.com)
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