В чем разница между SATA, M.2 и PCIE у SSD?

Можно задать аналогичный вопрос, зачем производитель процессоров с каждой новой линейкой меняет сокет? В первую очередь это маркетинг, чтобы стимулировать продажи материнских плат, во вторую очередь это технический процесс.
M.2 - это компактная форма и скорость аналогичная PCIE. Куда проще воткнуть "незаметный" M.2, чем размещать и подключать кабель для SATA. Про PCIE аналогично, если даже скорость одинаковая, то не у всех устройств есть возможность его использовать, к примеру на тех же ноутбуках.
Производители даже про разъем питание для телефона договорится не могут, не говоря уже интерфейсы. У каждого интерфейса пока есть будущее:
- Нужно подключить 8 дисков выбираешь SATA
- Хочешь компактное решение - M.2
- Нужна скорость или хочешь подключить пару M.2 - PCIE
По скорости на интерфейсе M.2, посмотрите мануал к материнской плате, там обычно скорости пишут.
Поэтому подведя итог по Вашему вопросу: Всему причиной маркетинг и технический процесс, но не нужно забывать и про удобство для пользователя (устройства).

1) Разъем M.2 на новых платах. Какой у него интерфейс? И следовательно какие скорости?

m.2 в большинстве случаев может работать и как SATA и как PCI-E x4

Зачем выдумали M.2, когда уже есть PCIE 3.0 x16?

m.2 pci-e берёт 4 линии pci-e, какой смысл занимать слот на 16 линий одним накопителем использующим только 4 линии? да и линии pci-e в десктопах/серверах не бесконечные. у десктопов обычно 24, у серверов и рабочих станций 40+

3) А что насчет PCIE x1? Вроде и туда можно вставлять SSD.

можно, скорость будет ниже чем у m.2

1)Разъем M2 это механический разъем. Механический интерфейс - M2.
Он может быть подключен к sata контроллеру, или к шине PCI-E.
Поэтому интерфейс передачи данных может быть какой угодно - sata, nvme, и.т.д.
2)Размер не тот. Слишком большой и неудобный.
3)Можно.

В чем разница между SATA, M.2 и PCIE у SSD?

• Механические интерфейсы, разъемы - M.2, SATA, PCI-E, IDE описывают размер, количество контактов и прочие механические характеристики.
  
• IDE, SATA, PCI-e - физические интерфейсы передачи данных. Механизм передачи сигналов по проводам, количество проводов, требования к проводам.
  
• IDE, AHCI, NVMe - интерфейс передачи данных. Интерфейс обмена данными с накопителем.
  

Например разъем M2 подключенный к шине PCI-E и передающий данные по протоколу NVMe.
Или разъем M2 подключенный к контроллеру sata, и передающий данные по протоколу AHC|

https://en.m.wikipedia.org/wiki/M.2

На SATA максимум 600 мегабайт/сек (неважно какой диск, даже m2), при чем если дисков несколько и активно нагружены - вы и эту скорость не получите (упрется в контроллер и интерфейс самого контроллера).
На NVMe - уже сейчас 3500 мегабайт/сек в "свободной продаже". При чем таких 2 диска в работе почти не будут мешать друг другу.
Зачем: ну например сделать за "5 копеек" сервер с несколькими виртуалками (контроллер домена, файловый сервер, SQL-сервер, АТСка, WWW-сервер, сервер терминалов на десяток активных пользователей и т.п.) и еще на него повесить RAID-массив. На SATA получится все печально, даже если напихать несколько дисков.