Що таке SATA Express?

Послідовний ATA використовується для зберігання комп'ютера. Стандартний інтерфейс забезпечує легку установку та сумісність між комп’ютерами та пристроями зберігання даних. Серіалізований дизайн комунікацій досяг своїх меж твердотільні накопичувачі обмежена продуктивністю інтерфейсу, а не накопичувача. Нові стандарти зв'язку між комп'ютером і накопичувачі SATA Express заповнює прогалини.

Зв'язок SATA або PCI Express

Існуючі специфікації SATA 3.0 обмежені 6,0 Гбіт/с пропускна здатність, що означає приблизно 750 МБ/с. З накладними витратами для інтерфейсу ефективна продуктивність обмежена 600 МБ/с. Багато поточних поколінь твердотільних накопичувачів досягли цієї межі і потребують певної форми швидшого інтерфейсу.

Специфікація SATA 3.2, частиною якої є SATA Express, є новим стандартом зв'язку між комп'ютером і пристроями. Це дозволяє пристроям вибирати існуючий метод SATA, забезпечуючи зворотну сумісність зі старими пристроями, або використовувати швидший PCI Express автобус.

Шина PCI Express зазвичай використовується для зв'язку між центральним процесором і периферійними пристроями, такими як відеокарти, мережеві інтерфейси та порти USB. Відповідно до поточних стандартів PCI Express 3.0, одна лінія PCI Express обробляє до 1 Гб/с, що робить її швидше, ніж поточний інтерфейс SATA.

Однак пристрої використовують більше ніж одну смугу. Відповідно до специфікацій SATA Express, накопичувач з новим інтерфейсом може використовувати дві лінії PCI Express (часто називають x2) для досягнення потенційної пропускної здатності 2 ГБ/с. Завдяки цьому інтерфейсу пропускна здатність майже втричі перевищує швидкість попереднього обладнання SATA 3.0.

Новий роз'єм SATA Express

Для нового інтерфейсу потрібен новий роз’єм. Він поєднує в собі два роз'єми даних SATA з третім меншим роз'ємом, який відповідає за зв'язок на основі PCI Express. Два роз'єми SATA є повністю функціональними портами SATA 3.0. Один роз’єм SATA Express на комп’ютері може підтримувати два старих порти SATA. Усі роз’єми SATA Express використовують повну ширину, незалежно від того, чи базується диск на попередній комунікації SATA чи новішому PCI-Express. Таким чином, один SATA Express обробляє або два диски SATA, або один диск SATA Express.

Оскільки накопичувач на базі SATA Express може використовувати будь-яку технологію, він повинен взаємодіяти з обома, тому він використовує два порти замість третього, альтернативного, одного. Крім того, багато портів SATA підключаються до лінії PCI Express для зв’язку з процесором. Використання інтерфейсу PCI Express з накопичувачем SATA Express вимикає зв’язок з двома портами SATA, пов’язаними з цим інтерфейсом.

Обмеження командного інтерфейсу

SATA передає дані між пристроєм і центральним процесором. На додаток до цього шару зверху працює командний рівень. Рівень команд надсилає команди, на що записувати та читати з накопичувача. Протягом багатьох років цей процес оброблявся розширеним інтерфейсом хост-контролера. Він записаний у кожній операційній системі, яка зараз є на ринку, фактично змушуючи диски SATA підключатися і працювати. Додаткові драйвери не потрібні.

Хоча ця технологія добре працювала зі старими, повільнішими технологіями, такими як жорсткі диски та USB-флеш-накопичувачі, вона стримує більш швидкі SSD. Хоча черга команд AHCI може містити 32 команди, вона може обробляти лише одну команду за раз, оскільки існує лише одна черга.

Ось тут і з’являється набір команд енергонезалежної пам’яті Express. Він має 65 536 черг команд, кожна з яких має можливість утримувати 65 536 команд на чергу. Це дозволяє паралельно обробляти команди зберігання на накопичувачі. Це не вигідно для жорсткого диска, оскільки обмежується однією командою через головки диска. Однак для твердотільних накопичувачів з кількома мікросхемами пам’яті він може збільшити пропускну здатність, одночасно записуючи кілька команд у різні мікросхеми та осередки.

Це нова технологія, яка не вбудована в більшість операційних систем на ринку. Багато операційних систем потребують встановлення додаткових драйверів у накопичувачах, щоб вони могли використовувати нову технологію NVMe. Розгортання найшвидшої продуктивності для накопичувачів SATA Express може зайняти деякий час.

SATA Express підтримує будь-який із двох методів. Ви можете використовувати нову технологію з драйверами AHCI і, можливо, пізніше перейти на новіші стандарти NVMe для підвищення продуктивності, що може вимагати переформатування диска.

Інші характеристики в специфікаціях SATA 3.2

Нові специфікації SATA додають більше, ніж нові методи зв’язку та роз’єми. Більшість з них орієнтовані на мобільні комп’ютери, але можуть принести користь іншим немобільних комп’ютерам.

Найбільш помітною функцією енергозбереження є режим DevSleep. Це новий режим живлення, який дозволяє системам у сховищі перебувати в квазі-гібернації. Цей режим зменшує енергоспоживання в режимі сну, щоб покращити час роботи спеціальних ноутбуків, у тому числі ультрабуки розроблений на основі твердотільних накопичувачів і низьке енергоспоживання.

Твердотільні гібридні накопичувачі також виграють від нових стандартів, оскільки стандарти додають новий набір оптимізацій. У поточних реалізаціях SATA контролер диска визначає, які елементи повинні, а які не повинні бути кешовані, на основі того, що він бачить, що приносять запит. З новою структурою операційна система повідомляє контролеру диска, які елементи він повинен зберігати в кеші, що зменшує накладні витрати на контролер накопичувача та покращує продуктивність.

Нарешті, є функція для використання з RAID налаштування дисків. Однією з цілей RAID є резервування даних. У разі несправності диска диск замінюється, а дані перебудовуються з контрольної суми. Новий процес у стандартах SATA 3.2 покращує процес відновлення, розпізнаючи, які дані пошкоджені, а які ні.

Реалізація та чому вона не прижилася відразу

SATA Express є офіційним стандартом з кінця 2013 року. Він не потрапив у комп’ютерні системи до випуску чіпсетів Intel H97/Z97 навесні 2014 року. Незважаючи на те, що материнські плати мали новий інтерфейс, жоден накопичувач на момент запуску не використовував його.

Причина, чому інтерфейс не швидко засвоївся М.2 інтерфейс. Він використовується виключно для твердотільних накопичувачів, які використовують менший форм-фактор. Дисководам на магнітних пластинах важко перевищити стандарти SATA. M.2 має більшу гнучкість, оскільки він не покладається на більші диски. Він також може використовувати чотири смуги PCI Express, що означає швидші диски, ніж дві смуги SATA Express.

AMD випустила свої мікропроцесори Ryzen на початку березня 2017 року, ввівши в платформу AMD Socket AM4 вбудовану підтримку SATA Express.