USB-C 在技术上是 SATA Express 连接器的可行替代品吗?

电器工程 USB pcie 数据
2022-01-06 03:11:19

SATA 的继任者 SATA Express 还太新,尚无法广泛使用,但 SSD 的进步速度似乎使其不可避免,就像 SATA 取代并行 IDE 一样。尽管有这个名字,但它根本不是 SATA。它是 AHCI 或 PCIe 上的 NVMe 协议,类似于 SOP(SCSI over PCIe)所做的。SATA Express 连接器通过四个信号对直接通过两个全速双向 PCIe 通道,无需协议封装或转换,AHCI 或 NVMe 控制器集成到 HD 或 SSD 中,而不是传统 SATA 主板上的 AHCI 控制器.

今年夏天,USB-C 规范最终敲定*,具有称为 Alt 模式的功能,可通过 USB-C 端口使用非 USB 协议。特别是,它可以通过四个信号对通过两个全速双向 PCIe 通道,无需协议封装或转换(与封装 PCIe 的 Thunderbolt 不同)。与仅用于 SATA Express 协议的大型专用 SATA Express 连接器不同,USB-C 体积小且通用,人们普遍预计它将很快普及并取代所有其他 USB 连接器类型(全尺寸的所有组合,适用于所有类型的设备和主机上的 USB 2 和 USB 3) 的 mini 和 micro type-A 和 type-B 连接器,甚至可以取代 Displayport 连接器,因为 USB-C 的 Alt 模式可以通过 Displayport 协议。

我的问题是针对使用此类接口的工程师,问题是:使用 USB-C 而不是专用的 SATA Express 连接器来连接 SATA Express 设备(即使用 AHCI 或NVMe over PCIe)到主板?看起来 SATA Express 连接器的创建只是因为当时缺乏更好的选择,但由于 USB-C 可以直接通过 PCIe(以及电源,包括 3.5" HD 常用的 12V 选项),看起来就像它在技术上是可行的替代品,而且可能更便宜,因为它更小,占用的 PCB 空间更少。但由于我不设计这类东西,我想问问有谁做,看看我的分析是否准确。

当然,技术可行性和成本效益是必要的,但对于 HD 和 SSD 制造商以这种方式使用 USB-C 来说是不够的,但其他因素(尤其是公司间的政治)不在我的问题范围内。如果制造商要在其新的 SATA Express HD 和 SSD 上使用 USB-C 连接器,那么将有一个过渡期,即主板将同时包含 USB-C 和 SATA 连接器,就像主板同时包含 SATA 和并行 IDE 连接器一样那个过渡。

*参见http://www.usb.org/developers/docs/usb_31_102214.zip

3个回答
  • Sata-Express 使用4 个差分对进行信号传输,组成两个 PCI-e 通道。
    它还需要一些辅助连接(接地等),但主要信号是使用 4 个差分对完成的。
  • USB-3.1 规范定义了许多不同的连接器:但是,除了 USB-c 连接器之外的所有连接器显然都没有足够的引脚来适用。

  • USB-c 连接器的引脚排列: 在此处输入图像描述

该连接器确实有足够的差分对来正确承载两个 PCI-e 通道(实际上,理论上它可能承载 Sata-Express。但是:

  • 根据设计,此连接器不是“键控”的。这意味着它可以以两个不同的方向插入。当它用于 USB-3 时,匹配的对连接在一起(例如 A1-B1、A2-B2 等),因此反转连接器是无害的。对于 PCI-e,这可能是个问题,因为它要么完全颠倒布线,要么(通过一些巧妙的设计)交换 PCI-e 总线中通道的顺序。
    我承认我对 PCI-e 的了解还不够,无法告诉您交换物理通道是否会成为问题。
  • 从实施者的角度来看,将 USB-c 连接器用于 USB-c以外的其他东西是一个糟糕的主意,因为它导致人们将 USB-3 设备插入他们假设的 PCI-e-over-USB-c 主板,并插入PCI-e-over-USB-c 设备插入 USB-3 端口。我们为不同的事物使用不同的连接器是有原因的。

实际上,USB-c 连接器可以很容易地修改以使其与 USB-3 连接器不兼容,此时您基本上只有另一个 PCI-e 连接器。考虑到当前 Sata-Express 连接器的主要设计决策之一是向后兼容普通 SATA,这不太可能发生。

此外,SATA-express 接口定义提供了许多供企业使用的进一步连接(查看SFF-8639)。有专门的版本有四个PCI-e 通道和一个额外的可选普通 SATA 通道。这在物理上与普通的设备端 SATA-express 连接器兼容(如果您将 SFF-8639 设备连接到 SATA-express 接口,它只会退回到 SATA-express)。没有任何物理方式可以通过 USB-c 连接器路由 SFF-8639 接口所需的所有连接。

在此处输入图像描述

当前的 SATA 标准中有很多您可能没有见过的供企业使用的东西。特别是 SAS 驱动器,它使用SFF 8482连接器,它再次与当前的 SATA 连接器在物理上兼容(并且如果互连,将安全地以较慢设备的传输速度进行互操作,就像 SFF-8639 一样)。

SATA-express 连接器的设计决策与 SATA 和 SAS 连接器的设计决策非常一致。

TL;DR - 从理论上讲,它可以工作。实际上,没有人可能会这样做。

这应该是可以肯定的,因为 C 型可以承载 Pcie3 x4 连接,并且可以提供高达 100 瓦的功率。但它可能不会由主板供电。

对于PCIe连接错误指出的问题:您可以使用高速复用器。

另外,由于延迟的简单原因,我认为这不会被使用:首先连接确定方向,然后协商 Poserdilivery,然后协商通信协议。然后 ahci/nvme 可以启动。

在此处输入图像描述 来源:http ://www.ti.com/lit/wp/slly021/slly021.pdf

我不这么认为。SATA Express 使用两个 PCIe 通道。USB 3.1 只提供一个。