问题

USB 3.0 速度远不如 SATA,为什么现在外接硬盘柜还是普遍用 USB 接口?

回答
这问题问得挺实在的,确实,论极限速度,USB 3.0 相比于SATA接口差了不止一点半点。但咱们平时买的外接硬盘盒,哪怕是支持高速固态的,也大多是USB接口,这背后是有不少门道和现实考量的。咱们一点点掰开了说。

首先得明确,USB 3.0 (现在主流是USB 3.2 Gen 1,理论速度5Gbps,约合625MB/s) 和 SATA III (理论速度6Gbps,约合750MB/s) 的理论带宽确实有点差距,但这只是纸面数据。实际应用中,影响速度的因素太多了,咱们后面细说。

为啥硬盘盒还是普遍用USB呢?主要有以下几个原因,而且这些原因相互叠加,让USB成了主流选择:

1. 兼容性和普及度:无处不在的USB

电脑和设备上的接口: 这是最根本的原因。现在几乎所有的电脑(台式机、笔记本)、平板、甚至一些智能电视、游戏机,都标配了USB接口。USB接口已经成为数字设备之间的通用语言。而SATA接口,主要存在于电脑内部的硬盘和主板之间,很少直接出现在外设上。如果你想把硬盘盒接到一个没有SATA接口的设备上,比如一个老旧的电视或者是一个没有扩展槽的媒体播放器,USB是唯一的选择。
外设的通用性: USB的标准就是为了连接各种外部设备而设计的,从鼠标键盘到摄像头、打印机,再到存储设备。它提供了一套标准的供电和数据传输规范,使得厂商可以方便地开发各种USB外设。硬盘盒作为一种外设,自然也遵循了这一主流标准。

2. 易用性:即插即用,无需复杂的配置

安装简单: USB接口的设计初衷就是“即插即用”。你把硬盘装进硬盘盒,然后用USB线一连,电脑就能识别,大部分情况下不需要驱动(除非是特定的高级功能)。而SATA接口,尤其是连接到电脑内部时,还需要考虑数据线和供电线,以及在BIOS/UEFI中进行一些设置(虽然现在也很自动化了,但依然比USB麻烦)。
热插拔: USB天生支持热插拔,你可以在电脑开机的情况下随时连接或拔掉USB设备,而不会造成系统问题。SATA接口虽然也支持热插拔,但早期以及在某些环境下,热插拔的风险会比USB高一些,而且操作上需要用户更谨慎。

3. 成本控制:USB方案更具经济性

芯片和控制器: USB硬盘盒的方案,通常只需要一块USBSATA桥接芯片。这种芯片的技术成熟,生产成本相对较低。而如果采用SATA接口直接外接,则需要更复杂的外部SATA控制器和接口电路,成本会更高。对于面向大众市场的消费级硬盘盒来说,成本是重要的考量因素。
连接线材: USB连接线(TypeA, TypeC等)的设计和生产也相对标准化和低成本。

4. 实际速度与用户体验的权衡:USB 3.0够用吗?

传统机械硬盘的瓶颈: 大多数用户使用外接硬盘盒时,里面装的还是传统的机械硬盘(HDD)。机械硬盘的持续读写速度最高也就到200250MB/s左右。USB 3.0的理论速度是625MB/s,即使考虑到各种传输开销和接口的实际表现,也远远超过了机械硬盘的极限。所以,对于机械硬盘来说,USB 3.0的速度已经足够,甚至可以说是绰绰有余,并不会比SATA接口在实际使用中慢多少。
固态硬盘(SSD)的速度: 当我们谈论使用固态硬盘(SSD)在硬盘盒里时,情况就有点不一样了。
SATA SSD: 如果硬盘盒里装的是SATA接口的固态硬盘,其理论速度最高是6Gbps(约750MB/s)。USB 3.0(625MB/s)在这种情况下确实会成为瓶颈,实际传输速度会卡在USB 3.0的上限附近。
NVMe SSD: 更高速的固态硬盘是NVMe SSD,它们通过PCIe通道传输数据,速度可以轻松达到几千MB/s。如果想把NVMe SSD装进硬盘盒,就必须使用支持NVMe协议的USB硬盘盒,并且接口通常是USB 3.2 Gen 2x2 (20Gbps) 或 Thunderbolt 3/4 (40Gbps),这些接口才能发挥NVMe SSD的全部性能。但这类硬盘盒通常价格更高,接口也需要电脑支持。
用户需求的多样性: 很多人使用外接硬盘盒是为了备份数据、传输大文件或者作为移动存储设备,对极致的传输速度要求并不像专业视频编辑或游戏玩家那么高。对于日常用户来说,USB 3.0提供的速度已经能满足快速拷贝文件、流畅观看高清视频的需求。

5. 技术发展和接口形态的演变

USB TypeC的崛起: 随着USB TypeC接口的普及,它不仅提供了更方便的正反插设计,还带来了更高的带宽(USB 3.2 Gen 2x2,USB4等)。这意味着未来的USB接口在外接存储领域将会扮演更重要的角色,速度也会越来越快,逐步蚕食掉一些需要SATA接口的场景。
外置SSD的专业化: 确实,对于追求极致速度的用户,现在市面上也有很多外置SSD产品,它们通常会采用更快的USB接口(如USB 3.2 Gen 2,10Gbps)甚至直接是Thunderbolt接口,以匹配内部高性能SSD的速度。但这属于更高端、更专业的市场。

总结一下:

之所以现在外接硬盘柜(盒)还是普遍用USB接口,归根结底在于 兼容性、易用性、成本 这三大现实因素的综合考量。USB接口已经成为连接外部设备的通用标准,能够连接几乎所有现代计算设备,安装和使用都极其简单方便,并且整体解决方案成本更低。

虽然USB 3.0在速度上相比SATA存在理论差距,但对于大多数用户日常使用场景下的机械硬盘来说,这个差距几乎可以忽略不计。即使对于SATA SSD,USB 3.0的速度也足够满足大部分需求。只有当用户需要搭配高速NVMe SSD,并且对传输速度有极致要求时,才会转向更高带宽的USB接口或Thunderbolt接口的专业级外置存储解决方案。

你可以把它想象成,汽车发动机有汽油机和柴油机,柴油机扭矩大、省油,适合卡车,但汽油机运转平稳、提速快,更适合家用轿车。SATA就好比是高性能的柴油机,而USB 3.0则是普及率极高的汽油机,虽然在某些极限性能指标上不是最顶尖的,但在综合性能、成本和用户体验上,它更能满足绝大多数普通用户的需求,尤其是在“外接”这个大场景下。

网友意见

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SATA供电有问题,要么用eSATA。但是eSATA多数情况下只能接eSATA设备,而USB是通用总线,可以接的设备类型很多。作为硬件厂商,做一个并不怎么常见的eSATA呢,而让用户用USB3.0的接口呢?

显然eSATA不是一个好的选择。软件上,USB的支持也更好。

注:我原来这里的说法有点问题,已更改。

SATA规范上,有这么几个扩展:

eSATA,最初只有SATA2(3Gbps)的版本,后来也有SATA3(6Gbps)的版本,但设备比较少。

还有一种思路是SATA express(又叫SATAe),这种要占2个(?)PCI-E,速度能跑到16G,但这个不支持热插拔(其实SATA本身是支持热插拔的,我拔过,但很多软件支持的不好)。

所以主板如果提供eSATA,那么,南桥(PCH)的带宽会更紧张一些。PCH基本上是固定x4 PCI-E lanes (老一点的可能是x8 PCI-E 2.0,网上有很多PCH的原理图),PCH上要接4-6个SATA,还要接6-8个USB3.0(实际主板不一定接出来这么多),还要有一个千兆网卡。再扩展一个eSATA的话,带宽会比较紧张。

所以从板子的布局考虑,厂商也不愿意这么干。

找厂商定制一个eSATA是可行的,但定制主板的成本太高了。

况且多数外接硬盘是跑不满USB3.0的速度的,机械类的硬盘,读写速度普遍在100MB/s以下,不存在带宽不够用的情况。

如果是服务器的话,服务器一般用的是SAS硬盘,SAS硬盘本来就是支持热插拔的。家用PC还要用USB扩展做硬盘盒/柜,难道是为了省钱吗?我觉得这样的解决方案并不好(但是我确实见过,嵌入式行业里,把U盘或者SD卡焊死在板子上当固定存储使用的,虽然这种设计真的不好)。

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