Vad är SATA Express?

Seriell ATA används för datorlagring. Standardgränssnittet möjliggör enkel installation och kompatibilitet mellan datorer och lagringsenheter. Serialiserad kommunikationsdesign har nått sina gränser, med många solid-state-enheter begränsas av gränssnittets prestanda snarare än enheten. Nya kommunikationsstandarder mellan en dator och lagringsenheter kallas SATA Express fylla luckan.

SATA- eller PCI Express-kommunikation

De befintliga SATA 3.0-specifikationerna är begränsade till 6,0 Gbps bandbredd, vilket översätts till ungefär 750 MB/s. Med overhead för gränssnittet är den effektiva prestandan begränsad till 600 MB/s. Många nuvarande generationer av solid-state-enheter har nått denna gräns och behöver någon form av snabbare gränssnitt.

SATA 3.2-specifikationen, som SATA Express är en del av, är en ny kommunikationsstandard mellan datorn och enheterna. Det tillåter enheter att välja den befintliga SATA-metoden, vilket säkerställer bakåtkompatibilitet med äldre enheter, eller använda den snabbare PCI Express buss.

PCI Express-bussen används vanligtvis för att kommunicera mellan CPU och kringutrustning, såsom grafikkort, nätverksgränssnitt och USB-portar. Under nuvarande PCI Express 3.0-standarder hanterar en enda PCI Express-bana upp till 1 GB/s, vilket gör det snabbare än det nuvarande SATA-gränssnittet.

Enheter använder dock mer än ett körfält. Enligt SATA Express-specifikationerna kan en enhet med det nya gränssnittet använda två PCI Express-banor (ofta kallade x2) för att uppnå en potentiell bandbredd på 2 GB/s. Detta gränssnitt gör bandbredden nästan tre gånger snabbare än den tidigare SATA 3.0-hårdvaran.

Den nya SATA Express-kontakten

Det nya gränssnittet kräver en ny kontakt. Den kombinerar två SATA-datakontakter med en tredje mindre kontakt, som hanterar PCI Express-baserad kommunikation. De två SATA-kontakterna är fullt fungerande SATA 3.0-portar. En enda SATA Express-kontakt på en dator kan stödja två äldre SATA-portar. Alla SATA Express-kontakter använder hela bredden, oavsett om enheten är baserad på den tidigare SATA-kommunikationen eller den nyare PCI-Express. Så, en SATA Express hanterar antingen två SATA-enheter eller en SATA Express-enhet.

Eftersom en SATA Express-baserad enhet kan använda båda teknologierna måste den gränssnitt mot båda, så den använder de två portarna istället för en tredje, alternativ. Dessutom länkar många SATA-portar till en PCI Express-bana för att kommunicera med processorn. Att använda PCI Express-gränssnittet med en SATA Express-enhet stänger av kommunikationen till de två SATA-portarna som är kopplade till det gränssnittet.

Kommandogränssnittets begränsningar

SATA kommunicerar data mellan enheten och processorn. Utöver detta lager körs ett kommandolager ovanpå. Kommandolagret skickar kommandon om vad som ska skrivas till och läsas från lagringsenheten. I flera år hanterades denna process av Advanced Host Controller Interface. Det är inskrivet i alla operativsystem som för närvarande finns på marknaden, vilket gör att SATA-enheterna är plug-and-play. Inga extra förare behövs.

Medan tekniken fungerade bra med äldre, långsammare teknik som hårddiskar och USB-minnen, håller den tillbaka snabbare SSD: er. Medan AHCI-kommandokön kan innehålla 32 kommandon, kan den bara bearbeta ett enda kommando åt gången eftersom det bara finns ett enda kö.

Det är här kommandouppsättningen Non-Volatile Memory Express kommer in. Den har 65 536 kommandoköer, var och en med möjlighet att hålla 65 536 kommandon per kö. Detta möjliggör parallell bearbetning av lagringskommandon till enheten. Detta är inte fördelaktigt för en hårddisk, eftersom det är begränsat till ett enda kommando på grund av enhetshuvudena. Men för solid-state-enheter med flera minneskretsar kan den öka bandbredden genom att skriva flera kommandon till olika chips och celler samtidigt.

Detta är ny teknik och är inte inbyggd i de flesta operativsystem på marknaden. Många operativsystem behöver ytterligare drivrutiner installerade i enheterna så att enheterna kan använda den nya NVMe-tekniken. Implementeringen av den snabbaste prestandan för SATA Express-enheter kan ta lite tid.

SATA Express stöder någon av de två metoderna. Du kan använda den nya tekniken med AHCI-drivrutinerna och eventuellt gå över till de nyare NVMe-standarderna senare för förbättrad prestanda, vilket kan kräva att enheten måste formateras om.

Andra funktioner i SATA 3.2-specifikationerna

De nya SATA-specifikationerna tillför mer än de nya kommunikationsmetoderna och kontakterna. De flesta är inriktade på mobila datorer men kan gynna andra icke-mobila datorer.

Den mest anmärkningsvärda energisparfunktionen är DevSleep-läget. Det är ett nytt strömläge som gör att system i lagringen nästan går i viloläge. Detta läge minskar strömförbrukningen i viloläge för att förbättra drifttiderna för speciella bärbara datorer, inklusive Ultrabooks designad kring SSD: er och låg strömförbrukning.

Solid-state hybriddiskar dra också nytta av de nya standarderna, eftersom standarderna lade till en ny uppsättning optimeringar. I de aktuella SATA-implementeringarna bestämmer enhetskontrollern vilka objekt som ska och inte ska cache baserat på vad den ser efterfrågad. Med den nya strukturen talar operativsystemet om för enhetskontrollern vilka objekt den ska hålla i cachen, vilket minskar omkostnader på enhetskontrollern och förbättrar prestandan.

Slutligen finns det en funktion för användning med RÄD enhetsinställningar. Ett syfte med RAID är för dataredundans. I händelse av ett diskfel byts enheten ut och data återskapas från kontrollsumman. En ny process i SATA 3.2-standarderna förbättrar återuppbyggnadsprocessen genom att identifiera vilka data som är skadade jämfört med vilka som inte är det.

Implementering och varför det inte slog igenom direkt

SATA Express har varit en officiell standard sedan slutet av 2013. Den tog sig inte in i datorsystem förrän lanseringen av Intel H97/Z97-kretsuppsättningarna våren 2014. Även om moderkorten hade det nya gränssnittet, använde inga enheter vid lanseringen det.

Anledningen till att gränssnittet inte slog in snabbt är M.2 gränssnitt. Den används uteslutande för solid-state-enheter som använder en mindre formfaktor. Magnetplattor-enheter har svårt att överträffa SATA-standarderna. M.2 har mer flexibilitet eftersom den inte är beroende av de större enheterna. Den kan också använda fyra PCI Express-banor, vilket innebär snabbare enheter än de två körfälten i SATA Express.

AMD släppte sina Ryzen-mikroprocessorer i början av mars 2017, vilket ger inbyggt stöd för SATA Express till AMD Socket AM4-plattformen.