SATA和PCIe两个都是总线标准。它们是并列发展的关系，并不是谁取代谁的关系。

SATA：由IDE/PATA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。向下兼容是为了保护用户已有的投资，但另一方面也造成很多掣肘，以致发展缓慢。
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(Advanced Host Controller Interface)。
还记得Windows7时代的AHCI问题吧？许多机器的BIOS中可以选择传统模式或AHCI模式。当时出于兼容性考虑，缺省是传统模式。许多人安装Windows7（最初版）的时候，就是在传统模式下安装的，不需要特殊驱动。如果安装之后，进BIOS改成AHCI模式，Windows7就会蓝屏了，因为没有AHCI驱动。如果想在AHCI模式下安装，Windows会找不到硬盘，因为没有驱动(需加第三方驱动。后来Windows 7SP1 才在安装盘中加入原生ACHI驱动程序。

PCIe（Peripheral Component Interconnect Express），另一种总线标准，由AGP、PCI、PCI-x发展而来。这些总线的发展主要的动力是显卡的发展。AGP(Accelerated Graphics Port, 加速图像端口)。由于显卡需要很大的带宽和速度，PCI 总线标准就不断升级来满足要求。除了显卡，PCI总线还用于其他的扩展卡，如网卡(包括有线网卡、无线网卡、3G/4G卡)
从上面SATA的不同版本可以看到，提速是一个主要任务（当然也有其他的改进）。但进入SSD时代后，SATA的改版速度（由于要考虑向下兼容），已经跟不上传输速度的要求了。这时业界就考虑采用PCIe来连接存贮设备。但在驱动程序层面，仍然采用AHCI。这是因为AHCI已经非常成熟，广泛被各种操作系统（如 Windows、Linux）所采用。
以下是PCIe各版本的对比，注意在同一个版本中也有不同的速率，取决于产品使用多少条通道(Lane)

NVMe（NVMe Non-Volatile Memory Express）
AHCI是为了发挥SATA的潜能而设计的，当时算是“高大上”了。但当时仍然是机械硬盘统治市场，因此AHCI的设计是基于机械硬盘的特性（旋转式磁性盘片）。虽然AHCI也可以用于SSD，但却不能发挥极致。因为SSD更像内存，而不像“盘片”。譬如机械硬盘，如果磁头错过了一个扇区，那就得等盘片转一圈回来才能访问。SSD就不存在这个问题。因此业界重新设计一个新的NVMe协议，希望发挥SSD 的潜能。下面是AHCI和NVMe的对比。

注意，NVMe和AHCI一样，是逻辑（或者说软件、驱动程序）上的标准。而SATA和PCIe则更注重于物理层面（电流、电压、触脚等）。NVMe比较新，Windows7没有原生驱动，因此安装的时候需要加第三方驱动。这个和当年Windows7/AHCI类似。

物理接口
NGFF(Next Generation Form Factor，已改名为m.2)，顾名思义是物理外形(Form Factor)的标准。与 NGFF并列的是2.5"，而不是PCIe。
说完了总线和协议，下面说说物理接口。无论采用什么总线和协议，主板总得连接到存贮设备上。这里所说的物理接口，指是是物理尺寸和形状。接口又分主机端和设备端。
1.SATA设备端。下图是大家所熟悉的SATA硬盘接口（设备端）。大部分2.5"SSD也是用这种接口。采用这种接口的，只能使用SATA总线，不能使用PCIe总线。

2. M.2接口（以前叫NGFF）。采用这种接口的SSD，可以使用SATA或者PCIe总线（取决于主板和SSD）如果采用PCIe总线，又分AHCI和NVMe两种协议。因此总共有三种。下面是代表性产品：
a) 三星850 EVO M.2接口，SATA总线，AHCI协议

b) 三星SM951 M.2接口，PCIe总线，AHCI协议

c) 三星SM951 M.2接口，PCIe总线，NVMe协议

3.SATA Express接口。SATA Express使用的是PCIe总线，向下兼容SATA总线。设备端物理接口如下图。设备端的触脚是连在一起的，而不是SATA那样分成两部分。目前T460/T560/X260/P50s可以支持SATA Express 的设备（东芝品牌的SSD）



由上图可见，AHCI和NVMe是驱动程序层面的。顾名思义，NVMe只适用于SSD（SSD和主板也要支持NVMe才行）。AHCI则适用于机械硬盘和SSD在主板芯片层面，有AHCI控制器和PCIe控制器。有趣的是AHCI驱动程序“居然”可以使用PCIe控制器（中间那条橙色的线）。这个其实是个过渡方案，目的是在利用PCIe高带宽的同时，保持对上层软件的兼容性。目前在笔记本上，用这个方案的产品并不多。
绿色那个框是主板上的物理接口。参见以上物理接口一节。即使是同样的物理接口，也可以选择不同的总线和协议（如果主机和设备支持的话）。左下角的SATA设备，右下角的PCIe SSD设备则可以有两种不同的控制器（最下面的两个框）：AHCI和NVMe。因此同样是PCIe 的SSD，也可以有不同的传输效能。
按传输效率排序分：
1.PCIe NVMe
这个是最高大上的。在笔记本市场，根据效能，可以再细分为两个等级：
1A是M.2 尺寸的NVMe（如三星950 PRO）。可以有四条PCIe通道，速度最快。但由于电路板面积限制，容量和发热都是个问题
1B是2.5" 尺寸的NVMe（如东芝XG3），采用SATA Express接口，可以有两条PCIe 通道，传输速率较低。由于2.5"体积较大，容量和发热比M.2要好。在T460/T560/X260/P50s 上可用
2. PCIe AHCI
效能比1稍低，由于AHCI协议的滞后性决定。笔记本只有M.2外形，没有2.5"外形，如三星SM951 AHCI
3. SATA AHCI
效能最低，但兼容性最好，根据外形可分为两类。这两类的传输效能是一样的，无分高低。如果要便宜、容量，则选 2.5"。如果要轻薄，则选 M.2。
3A是2.5"外形的设备，如目前广泛使用的机械硬盘，固态硬盘等。
3B是M.2外形的设备，如三星 850 EVO 的 M.2 盘