高速週邊儲存裝置傳輸技術演進與市場趨勢
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串列化高速SerDes電路，不僅應用於CPU與PCH、週邊元件之間的PCI Express匯流排連接，也應用在SATA、SAS等儲存裝置介面，並且隨者M.2、SATA Express、NVM Express等新規格介面的出現，呈現SATA與PCI Express靠攏合流之勢；而外接週邊匯流排則是USB與Thunderbolt相互競逐，前者將在新的USB 3.1規格中納入頻寬加倍、AV支援與新型態連接頭；後者則在已納入PCI Express、DP與GP I/O控制下，以頻寬倍增的方式好整以暇…
從80年代PC/NB的主流儲存裝置－傳統硬碟，也就是由5,400rpm、7,200rpm主軸馬達與碟盤、磁臂等機構組成的讀寫儲存裝置，起初搭配硬碟傳輸介面，從最早的ST506、ISA Bus/IDE介面(33MB/s)，到後續Ultra DMA mode 0？6規格，傳輸速率來到了133MB/s，也並列式ATA(Parallel ATA)傳輸規格的上限。
1995年CompactFlash (CF)卡推出，傳輸速率僅8.3 MBytes/s，1999年Secure Digital(SD)記憶卡，以25MHz、4bit的SPI介面與2顆Flash晶片的限制，傳輸速率從12.5MB/s起跳；而CF卡因尺寸較大，可容納4顆Flash晶片，加上所採用的CF介面源自PATA/IDE，因此伴隨著NAND Flash製程與速度的快速演進，CF記憶卡傳輸速率呈現百倍速起跳，進而朝向其讀寫速率上限133MB/s(約866X)邁進。
而後來Compact Flash 6.0更對非Intel的他廠南橋或附加IDE主控晶片，定義出UDMA mode 7的167MB/s傳輸規格，預留了約CF 1100x上限的速度餘裕。因此至今仍有不少專業單眼數位相機，仍保留Compact Flash記憶卡的規格支援與插槽。
在2003年1月英特爾推出串列化的Serial ATA(SATA)Rev 1.0a規範並大力推動下，傳統硬碟介面從PATA開始轉移到SATA，傳輸速率從150MB/s(1.5Gbps)開始起跳，2003年PCI-SIG首度介紹PCIe 1.0a，單線道(1x plane)傳輸速率達250MB/s(2.5Gbps)。
2006年SATA Rev2.0推出，速率提高到300MB/s(3Gbps)，2007年1月PCI-SIG發表PCIe 2.0規範，單線道(1x plane)傳輸速率進展到500MB/s(5Gbps)。
2008年6月SATA Rev 3.0(SATA6G)介面規格推出，最高速率提升到600MB/s(6Gbps)，2009年JEDEC制定SATA Slim(MO-297A)，同年9月SATA-IO組織推出mSATA介面，到2010年PCIe Gen3推出，提供單線道1GB/s(8GT/s)。
2011年出現SATA Express介面，其規格上沿用原先的SATA Connector，改成2組7pin SATA Port連接器+4pin Power的針腳定義，能跟現有SATA埠接頭相容共存，並可安插兩條連接線；若插入SATA Express的公接頭時，則切換成以PCIe介面方式運作。SATA Express設計了x2雙線道、雙向多工串列訊號，其最高傳輸效率可達2GB/s(PCIe 3.0)。
2012年Intel推出M.2(NGFF)介面，起源於2012年IDF發表的Next Generation Form Factor (NGFF)介面─針對Ultrabook、Tablet所設計的SSD附加卡標準。M.2分為做SSD快取的Type 2242 SSD Cache Slot B(22mmx42mm)、純SSD附加卡模組的Type 2260 SSD Slot C、Type 2280 SSD Slot C，還有Type 22110 SSD Slot C。
伴隨著NAND Flash製程技術的精進，而當前不少採16顆Flash晶粒設計的SATA6G SSD固態硬碟，已經出現單碟循序讀寫效能無法衝高突破600MB/s的介面瓶頸；而無論是ONFI或三星獨家的Toggle mode的DDR2、DDR3的NAND Flash顆粒介面讀寫技術，單通道傳輸速率已從400、533跳躍至800MB/s，長期做為儲存介面主流的SATAⅢ(SATA 6G)規格以不敷所需，更高速的PCIe 3.0成為儲存裝置下一波打通任、督二脈的新興介面。
PCIe儲存裝置介面與相關產品市場趨勢
由於SATA與PCIe原始實體層(PHY)均為串列電路，僅初始時脈與部分協定上的不同。目前PCIe form factor介面，有採52pin插卡式的Mini PCIe，用於雲端運算與資料中心；PCIe x16則泛見於主機板的繪圖顯示卡插槽，以及強調高IOPS的PCIe SSD卡所使用；Intel於2012年提出的M.2(NGFF)規範，目前用於Ultrabook，有2242/2260/2280三種尺寸規範。
而SATA Express設計給2.5吋SSD所使用，它提供x2兩線道PCIe，並可跟傳統SATA接頭相容，PCIe 2.0/3.0 x2規格可達到1GB/s、2GB/s。
NVM Express所使用的SFF-8639介面，目前由企業級2.5吋儲存裝置的背板(Back Panel)所使用。它可以連接PCIe、SATA與SAS等儲存裝置，並與SATA Express、SATA與SAS等介面接頭相容。SFF-8639規格預留六線道PCIe，但一次最多只能使用x4四線道；以PCIe 2.0/3.0規格，其傳輸速率可提高到2GB/s、4GB/s。
像戴爾(Dell) PowerEdge R820/R720 1U Server，連接背板與擴充槽上的PCIe HBA介面卡連接首度使用SFF-8639，而蘋果(Apple)的MacBook Air、與部分MacBook Pro等筆電已經開始採用。
美光(Micron)首推企業級使用的P320h 2.5吋PCIe SSD，採用SFF-8639 (NVMe)連接介面，規格上支援到x4 PCIe Gen2，循序讀寫速度高達1.75GB/s、1.1GB/s；英特爾也推出2.5吋P3700/P3600/P3500系列SSD，更進化到支援x4 PCIe 3.0。
LSI Logic、HGST便推出支援PCIe 3.0 x8 (8GB/s)介面規格的9300-16e、FlashMAX Ⅲ SSD，美滿電子(Marvell)則推出支援PCIe 3.0x4規格的Marvell 88SS1093 SSD控制晶片，提供2？4GB/s傳輸頻寬。英特爾則對等推出PCIe 3.0x4 (4GB/s)的P3700、P3600、P3500 SSD主控附加卡(Host Bus Adapter；HBA)，這些PCIe SSD附加卡提供伺服器最需要的高IOPS與高傳輸讀寫效能。
USB 3.0成為週邊主流 AV為新興應用
2008年11月USB-IF協會推出USB 3.0，採用串列差分(Differential)驅動訊號技術，傳輸速率高達5Gbps；採用8b/10b編碼，理論傳輸速率為500MB/s。USB 3.0提供最高900毫安培電流，可以與既有的USB 2.0/USB 1.1相容；功耗？節能機制上也有所強化。
USB AV則是USB 3.0以上新興的應用新概念。以USB 3.0實測傳輸速率達390MB/s，傳遞未壓縮的1080p@60Hz畫面資料(約每秒190MB)還綽綽有餘；若要傳輸到4K(3840x2160@60Hz；約780MB/s)則需另外搭配硬體晶片，或耗用CPU執行資源來做即時壓縮編碼。
USB 3.0初期以主機板、筆電的主控晶片、附加介面卡為主，週邊裝置部分則以分接器(Hub)、讀卡機、外接硬碟轉接盒或儲存裝置為主。隨後陸續有網路儲存裝置(NAS)、顯示器甚至數位電視加入USB 3.0。隨著AMD與Intel南橋晶片組加入USB 3.0規格原生支援後，很快的USB 3.0成為PC週邊介面的主流標準。
USB 3.1 A/V加持 頻寬倍增挑戰Thunderbolt
2011年Intel推出Lightpeak－也就是後來的Thunderbolt匯流排：結合DisplayPort(DP) + PCI Express + GP I/O三合一傳輸特色，使用miniDP Port的連接頭，銅軸或光纖(100公尺)兩種連接線方式，來連接最多6個Thunderbolt週邊，並提供10Gbps的雙向傳輸速率為10Gbps。
因為Thunderbolt晶片成本所費不貲所以並不普及，目前其主要以A/V影音應用為主，配置Thunderbolt系統以Apple的桌電？筆電為最大宗，PC部分則僅有少數筆電、AIO一體桌機支援。而Thunderbolt 2.0規格也進一步在2013年第1季發表，傳輸速度提升到雙向20Gbps，支援4K輸出並向下相容Thunderbolt 1.0。其相關產品與線材正在驗證當中，正式產品預計2014底面市。
USB-IF協會於2013年，發表將推動10Gbps SuperSpeed USB(USB 3.1)，其傳輸速率將加倍提高為10Gbps，可正、反面熱插拔一萬次的新型態Type-C連接頭，並且追加A/V獨立頻寬、納入DisplayPort(DP)等特點為訴求，當然也跟既有USB 1.1/2.0/3.0裝置相容。
USB 3.1使用USB 3.0相同的線材、連接頭與PCB，但PC/NB主機板佈線設計上，從USB 3.1主控晶片到聯接器長度限制縮成4？12英吋，在不外接加訊號放大器(Repeater)裝置或相關電路下，非主動式連接線長度限制為1公尺。
而過去若USB 3.0裝置內的金屬遮蔽未設計好，會干擾到既有2.4GHz頻段的Wi-Fi裝置或無線滑鼠等造成干擾。USB 3.1 Type A的母插座多設計了4個接地金屬彈片，可以減少10dB的電磁波雜訊溢出。
USB 3.1以低成本與既有USB 2.0/3.0週邊相容性的優勢，足以點名叫陣、挑戰當前週邊速度霸主的Thunderbolt。預料USB 3.1將先從主機板？筆電的主控晶片、週邊裝置開始，同時轉A/V影音裝置也會導入，明後年主機板？筆電的晶片組加入原生USB 3.1規格支援，到2017年可望逐漸成為主流。
