Serial ATA jest używany do przechowywania komputera. Standardowy interfejs pozwala na łatwą instalację i kompatybilność między komputerami i urządzeniami pamięci masowej. Szeregowy projekt komunikacji osiągnął swoje granice, a wiele dysków półprzewodnikowych ogranicza wydajność interfejsu, a nie samego dysku. Nowe standardy komunikacji między komputerem a dyskami pamięci masowej o nazwie SATA Express wypełniają tę lukę.
Komunikacja SATA lub PCI Express
Istniejące specyfikacje SATA 3.0 są ograniczone do przepustowości 6,0 Gb/s, co przekłada się na około 750 MB/s. Z obciążeniem interfejsu efektywna wydajność jest ograniczona do 600 MB/s. Wiele obecnych generacji dysków SSD osiągnęło ten limit i potrzebuje jakiejś formy szybszego interfejsu.
Specyfikacja SATA 3.2, której częścią jest SATA Express, to nowy standard komunikacji między komputerem a urządzeniami. Pozwala urządzeniom wybrać istniejącą metodę SATA, zapewniając wsteczną kompatybilność ze starszymi urządzeniami lub korzystać z szybszej magistrali PCI Express.
Magistrala PCI Express jest powszechnie używana do komunikacji między procesorem a urządzeniami peryferyjnymi, takimi jak karty graficzne, interfejsy sieciowe i porty USB. Zgodnie z obecnymi standardami PCI Express 3.0 pojedyncza linia PCI Express obsługuje do 1 GB/s, dzięki czemu jest szybsza niż obecny interfejs SATA.
Urządzenia używają jednak więcej niż jednej linii. Zgodnie ze specyfikacją SATA Express, dysk z nowym interfejsem może korzystać z dwóch linii PCI Express (często określanych jako x2), aby osiągnąć potencjalną przepustowość 2 GB/s. Ten interfejs sprawia, że przepustowość jest prawie trzykrotnie większa niż w poprzednim sprzęcie SATA 3.0.
Nowe złącze SATA Express
Nowy interfejs wymaga nowego złącza. Łączy dwa złącza danych SATA z trzecim mniejszym złączem, które obsługuje komunikację opartą na PCI Express. Dwa złącza SATA to w pełni funkcjonalne porty SATA 3.0. Pojedyncze złącze SATA Express w komputerze może obsługiwać dwa starsze porty SATA. Wszystkie złącza SATA Express wykorzystują pełną szerokość, niezależnie od tego, czy dysk jest oparty na wcześniejszej komunikacji SATA, czy na nowszym PCI-Express. Tak więc jeden dysk SATA Express obsługuje dwa dyski SATA lub jeden dysk SATA Express.
Ponieważ napęd oparty na SATA Express może korzystać z dowolnej technologii, musi łączyć się z obiema, więc używa dwóch portów zamiast trzeciego alternatywnego jednego. Ponadto wiele portów SATA łączy się z linią PCI Express w celu komunikacji z procesorem. Użycie interfejsu PCI Express z dyskiem SATA Express wyłącza komunikację z dwoma portami SATA połączonymi z tym interfejsem.
Ograniczenia interfejsu poleceń
SATA przesyła dane między urządzeniem a procesorem. Oprócz tej warstwy na wierzchu działa warstwa poleceń. Warstwa poleceń wysyła polecenia dotyczące tego, do czego należy zapisywać i odczytywać z dysku. Przez lata proces ten był obsługiwany przez Advanced Host Controller Interface. Jest wpisany do każdego systemu operacyjnego dostępnego obecnie na rynku, dzięki czemu dyski SATA są plug and play. Nie są potrzebne żadne dodatkowe sterowniki.
Chociaż technologia działała dobrze ze starszymi, wolniejszymi technologiami, takimi jak dyski twarde i dyski flash USB, powstrzymuje szybsze dyski SSD. Chociaż kolejka poleceń AHCI może pomieścić 32 polecenia, może przetwarzać tylko jedno polecenie na raz, ponieważ jest tylko jedna kolejka.
W tym miejscu pojawia się zestaw poleceń Non-Volatile Memory Express. Zawiera 65 536 kolejek poleceń, każda z możliwością przechowywania 65 536 poleceń na kolejkę. Pozwala to na równoległe przetwarzanie poleceń przechowywania na dysku. Nie jest to korzystne dla dysku twardego, ponieważ jest ograniczone do jednego polecenia z powodu głowic dysku. Jednak w przypadku dysków półprzewodnikowych z wieloma układami pamięci może zwiększyć przepustowość, zapisując jednocześnie kilka poleceń do różnych układów i komórek.
To nowa technologia, która nie jest wbudowana w większość systemów operacyjnych dostępnych na rynku. Wiele systemów operacyjnych wymaga zainstalowania w dyskach dodatkowych sterowników, aby dyski mogły korzystać z nowej technologii NVMe. Wdrożenie najszybszej wydajności dysków SATA Express może zająć trochę czasu.
SATA Express obsługuje jedną z dwóch metod. Możesz użyć nowej technologii ze sterownikami AHCI i potencjalnie przejść na nowsze standardy NVMe później, aby poprawić wydajność, co może wymagać ponownego sformatowania dysku.
Inne funkcje w specyfikacji SATA 3.2
Nowe specyfikacje SATA dodają więcej niż tylko nowe metody komunikacji i złącza. Większość z nich jest skierowana na komputery mobilne, ale może przynieść korzyści innym komputerom niemobilnym.
Najważniejszą funkcją oszczędzania energii jest tryb DevSleep. Jest to nowy tryb zasilania, który umożliwia quasi-hibernację systemów w pamięci masowej. Ten tryb zmniejsza pobór mocy w trybie uśpienia, aby skrócić czas pracy specjalnych laptopów, w tym Ultrabooków zaprojektowanych z myślą o dyskach SSD i niskim zużyciu energii.
Dysk hybrydowy półprzewodnikowy również korzysta z nowych standardów, ponieważ standardy dodały nowy zestaw optymalizacji. W obecnych implementacjach SATA kontroler dysku określa, które elementy powinny, a które nie powinny być buforowane na podstawie tego, co widzi, że przynoszą żądane. Dzięki nowej strukturze system operacyjny informuje kontroler dysku, które elementy powinien przechowywać w pamięci podręcznej, co zmniejsza obciążenie kontrolera dysku i poprawia wydajność.
Na koniec dostępna jest funkcja do użytku z konfiguracjami dysków RAID. Jednym z celów RAID jest nadmiarowość danych. W przypadku awarii dysku, dysk jest wymieniany, a dane są odbudowywane na podstawie sumy kontrolnej. Nowy proces w standardach SATA 3.2 usprawnia proces odbudowy poprzez rozpoznanie, które dane są uszkodzone, a które nie.
Wdrożenie i dlaczego nie przyjęło się od razu
SATA Express jest oficjalnym standardem od końca 2013 roku. Do systemów komputerowych trafił dopiero po premierze chipsetów Intel H97/Z97 wiosną 2014 roku. interfejs, żadne dyski w momencie uruchomienia go nie używały.
Powodem, dla którego interfejs nie przyjął się szybko, jest interfejs M.2. Jest używany wyłącznie w przypadku dysków półprzewodnikowych o mniejszej obudowie. Dyski z talerzem magnetycznym z trudem przekraczają standardy SATA. M.2 ma większą elastyczność, ponieważ nie opiera się na większych dyskach. Może również korzystać z czterech linii PCI Express, co oznacza szybsze dyski niż dwie linie SATA Express.
AMD wypuściło swoje mikroprocesory Ryzen na początku marca 2017 r., wprowadzając wbudowaną obsługę SATA Express na platformę AMD Socket AM4.
