近期業界非常關注新一代SATA Express高速儲存介面規範應用領域及設計考量，尤其對新增的標準規格抱持高度好奇心，因此，本文將針對SATA Express的基礎架構、主要規格演進和應用設計需求，進行深入淺出的剖析，協助業界加速掌握此一全新的高速傳輸介面標準。
SATA Express融合SATA與PCIe
SATA Express顧名思義就是結合串列式先進附加(SATA)和PCI Express(PCIe)兩種連接器，同時也混合了兩種連接器的物理互連功能。從SATA Express的命名即可了解它具備傳統SATA連接器，支援更高速PCIe資料傳輸率的能力，可簡化從SATA轉移至PCIe的過程。
舉例來說，透過SATA Express設計，同一主機板插槽中的SATA Express連接器將可同時支援PCIe和SATA訊號傳輸，而相同的SATA Express插槽亦可接受傳統SATA或全新的PCIe線路，並可相容於傳統SATA或新一代SATA Express元件。
事實上，業界對於SATA-IO協會改採PCIe介面為基礎，制定出全新SATA Express標準規範的定義有些混淆，對此，艾薩(LSI)是許多儲存介面標準組織的長期貢獻者，多年來與負責SATA Express的工作小組--SATA-IO保持緊密合作，可提供業界SATA-IO工作進度的第一手資訊，協助相關業者深入了解SATA Express規格及設計需求。
簡單來說，SATA Express是一個為全新類型連接器所制定的規格，旨在讓PCIe和SATA介面訊號同時進行路由作業，進而提高頻寬，並降低系統設計複雜度。其實，SATA Express不應被視為一種指令或訊號通訊協定，應該被看作是可連接傳統SATA線路和全新PCIe線路的連接器解決方案。
據SATA-IO協會的定義，SATA Express是為協助傳統SATA介面順利轉移到全新的PCIe介面所開發的，SATA Express為系統業者提供一個可同時支援傳統SATA和PCIe訊號傳輸的連接器，並可協助原始設備製造商(OEM)業者減少連接器庫存，進而降低設備開發的相關成本。由於系統廠日益追求高速傳輸和低成本設計，以因應大量資料需求，因而也提供SATA Express絕佳的發展契機。
目前SATA-IO協會以PCIe介面定義SATA Express最高傳輸速度，如PCI 2.0雙通道元件支援高達900MB/s的傳輸量，而PCIe 3.0雙通道元件則支援高達1,800MB/s的傳輸量；兩者均大幅高於現今SATA元件最高的550MB/s傳輸量。
SATA Express靈活支援連接器配置
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| 圖1 SATA Express可支援連接器類型示意圖 |
另一方面，業界對SATA Express的主要誤解之一，為認定SATA Express是一種通訊協定規格，但如同先前所述，SATA Express是一種連接器的機械式規格和連接線路技術，而非上層的通訊協定規範，因此包括SATA、進階主機控制器介面(AHCI)和NVMe(NVM Express)等，皆可做為支援SATA Express的通訊協定。
關於SATA Express細部規格，SATA-IO協會已定義SATA Express於2.5吋硬碟和主系統連接器的使用方式，SATA Express將能運用SATA線路或全新的PCIe線路來連接硬碟和系統，讓設計更具靈活性。
由於SATA Express將同時支援SATA和PCIe訊號傳輸，以及傳統的SATA連接器，因此主機板和元件製造商會有多種不同配置選項可用。圖1(a)是可以外接PCIe元件的插頭，圖1(b)的插槽則為線路集中處的一部分，可接入圖1(a)的插頭或一個標準的SATA插頭。
另外，圖1(c)的插槽可安裝在背板上或主機板高速紅外線(FIR)模組，並可接入圖1(a)的插頭或一個標準的SATA插頭。最後兩個連接器是可讓圖1(e)的線路連接到圖1(d)的主機板上。顯而易見，SATA Express可使用的連接器配置極具彈性，因而大幅增添應用價值。
SATA Express主攻桌上型系統
由於SATA Express具有許多設計優勢，因此業界正加速展開研發，預估主系統支援SATA Express的時間將從2014年開始逐漸升溫。2014年初，已有部分系統製造商開始導入SATA Express連接器，這些連接器主要是為桌上型系統開發的，因此它們需要許多線路。
相反的，SATA Express在筆記型電腦和可攜式電子系統中將不會被廣泛運用，因為這些系統是使用如最近才出現的M.2設計無線卡緣(電)連接器(Card Edge Connector)。針對SATA Express與M.2的設計架構，兩者有幾個相同之處。首先，兩種技術在相同的連接器內都支援SATA和PCIe，其次，兩者都是為了協助使用者從SATA轉移至PCIe所設計的新一代標準方案，出發點一致。
與此同時，SATA Express在企業級背板方面也不太可能會有普遍的應用，因企業客戶很有可能轉移至其他可支援更高速PCIe訊號傳輸的連接器，例如艾薩新推出的SFF-8639 PCIe連接器，其原本被歸納在SATA Express規格裡，但後來被移除了。
儘管如此，SATA Express對高速儲存介面設計領域仍帶來不小的影響力，未來艾薩也將進一步發表可與SATA Express連接器完全相容的快閃記憶體(Flash Memory)控制器，同步支援SATA或PCIe，進一步提升目前僅能支援用於SATA Express的SATA線路，但不支援PCIe的快閃記憶體控制器性能。
除SATA Express、M.2和PCIe以外，SRIS(Separate Refclk Independent SSC)的重要性也不容小覷，其可降低PCIe訊號傳輸線路的成本，是逐漸在市場上嶄露頭角的關鍵因素。由於支援SRIS的PCIe元件可自動產生時脈，不需要主系統的參考時脈，可讓系統製造商用較低成本的PCIe線材，因此，預估晶片商將加速在下一代快閃記憶體控制器中加入此一功能支援。
SATA Express實現高速/低功耗連接方案
綜上所述，SATA Express的出現可謂集所有儲存介面發明之大成，它也是必要的，可望進一步解決SATA-IO組織在提高SATA 6Gb/s速度上，所面臨的諸多技術挑戰，特別是支援新一代PCIe提供的傳輸速度將會是這項任務中最耗時部分，其原因為SATA標準可能須要被全面檢視，因此SATA Express的方案可說是解除了SATA技術邁向下一階段發展的燃眉之急。
對系統製造商而言，現行技術即便在最樂觀的設計情況下，都有可能產生一個相當耗能的系統；然而，隨著節能設計風潮日益盛行，系統廠須致力提升設備省電效益，對此，SATA Express能運用速度更快、更精確的PCIe傳輸途徑，同時又能兼容功耗較佳的SATA連接方案，遂吸引愈來愈多業者投入研發，可望掀起一波技術轉換潮。
(本文作者Kent Smith為LSI快閃記憶體零組件部門資深行銷總監、Sumit Puri為LSI快閃記憶體零組件部門策略行銷總監)