Serial ATA используется для хранения данных на компьютере. Стандартный интерфейс обеспечивает простую установку и совместимость между компьютерами и устройствами хранения. Дизайн сериализованной связи достиг своих пределов, и многие твердотельные накопители ограничены производительностью интерфейса, а не накопителя. Новые стандарты связи между компьютером и накопителями под названием SATA Express заполняют пробел.
SATA или PCI Express Communication
Существующие спецификации SATA 3.0 ограничены пропускной способностью 6,0 Гбит/с, что соответствует примерно 750 МБ/с. С накладными расходами на интерфейс эффективная производительность ограничена 600 МБ/с. Многие современные поколения твердотельных накопителей достигли этого предела и нуждаются в более быстром интерфейсе.
Спецификация SATA 3.2, частью которой является SATA Express, представляет собой новый стандарт связи между компьютером и устройствами. Это позволяет устройствам выбирать существующий метод SATA, обеспечивая обратную совместимость со старыми устройствами, или использовать более быструю шину PCI Express.
Шина PCI Express обычно используется для связи между процессором и периферийными устройствами, такими как видеокарты, сетевые интерфейсы и порты USB. В соответствии с текущими стандартами PCI Express 3.0 одна линия PCI Express обрабатывает до 1 ГБ/с, что делает его быстрее, чем текущий интерфейс SATA.
Однако Устройства используют более одной полосы. Согласно спецификациям SATA Express, накопитель с новым интерфейсом может использовать две линии PCI Express (часто называемые x2) для достижения потенциальной пропускной способности 2 ГБ/с. Этот интерфейс увеличивает пропускную способность почти в три раза по сравнению с предыдущим оборудованием SATA 3.0.
Новый разъем SATA Express
Новый интерфейс требует нового разъема. Он объединяет два разъема данных SATA с третьим разъемом меньшего размера, который отвечает за связь на основе PCI Express. Два разъема SATA являются полнофункциональными портами SATA 3.0. Один разъем SATA Express на компьютере может поддерживать два старых порта SATA. Все разъемы SATA Express используют полную ширину, независимо от того, основан ли диск на более ранних коммуникациях SATA или на более новом PCI-Express. Таким образом, один SATA Express поддерживает либо два диска SATA, либо один диск SATA Express.
Поскольку накопитель на основе SATA Express может использовать любую технологию, он должен взаимодействовать с обеими, поэтому он использует два порта вместо третьего, альтернативного, одного. Кроме того, многие порты SATA подключаются к линии PCI Express для связи с процессором. Использование интерфейса PCI Express с диском SATA Express отключает связь с двумя портами SATA, связанными с этим интерфейсом.
Ограничения командного интерфейса
SATA передает данные между устройством и процессором. В дополнение к этому слою поверх него работает командный слой. Командный уровень отправляет команды для записи и чтения с накопителя. В течение многих лет этот процесс обрабатывался расширенным интерфейсом хост-контроллера. Он встроен в каждую операционную систему, представленную в настоящее время на рынке, благодаря чему диски SATA легко подключаются по принципу plug and play. Никаких дополнительных драйверов не требуется.
Хотя эта технология хорошо работала со старыми, более медленными технологиями, такими как жесткие диски и флэш-накопители USB, она сдерживает более быстрые твердотельные накопители. Хотя очередь команд AHCI может содержать 32 команды, она может обрабатывать только одну команду за раз, поскольку существует только одна очередь.
Именно здесь на помощь приходит набор команд Non-Volatile Memory Express. Он содержит 65 536 очередей команд, каждая из которых может содержать 65 536 команд в очереди. Это позволяет параллельно обрабатывать команды хранения на диске. Это не выгодно для жесткого диска, так как он ограничен одной командой из-за головок диска. Однако для твердотельных накопителей с несколькими микросхемами памяти это может повысить пропускную способность за счет одновременной записи нескольких команд в разные микросхемы и ячейки.
Это новая технология, которая не встроена в большинство операционных систем на рынке. Многим операционным системам требуются дополнительные драйверы, установленные на накопителях, чтобы накопители могли использовать новую технологию NVMe. Развертывание максимально производительных дисков SATA Express может занять некоторое время.
SATA Express поддерживает любой из двух методов. Вы можете использовать новую технологию с драйверами AHCI и потенциально перейти на более новые стандарты NVMe позже для повышения производительности, что может потребовать переформатирования диска.
Другие функции в спецификациях SATA 3.2
Новые спецификации SATA добавляют больше, чем новые способы связи и разъемы. Большинство из них ориентированы на мобильные компьютеры, но могут принести пользу и другим немобильным компьютерам.
Самой заметной функцией энергосбережения является режим DevSleep. Это новый режим питания, который позволяет системам в хранилище переходить в квазиспящий режим. Этот режим снижает энергопотребление в спящем режиме, чтобы улучшить время работы специальных ноутбуков, включая ультрабуки, разработанные на базе твердотельных накопителей и с низким энергопотреблением.
Твердотельные гибридные накопители также выигрывают от новых стандартов, поскольку стандарты добавляют новый набор оптимизаций. В текущих реализациях SATA контроллер накопителя определяет, какие элементы следует и не следует кэшировать, основываясь на том, что он видит в запрошенном виде. Благодаря новой структуре операционная система сообщает контроллеру накопителя, какие элементы он должен хранить в кэше, что снижает нагрузку на контроллер накопителя и повышает производительность.
Наконец, есть функция для использования с настройками дисков RAID. Одной из целей RAID является избыточность данных. В случае отказа диска диск заменяется, а данные восстанавливаются по контрольной сумме. Новый процесс в стандартах SATA 3.2 улучшает процесс восстановления, распознавая, какие данные повреждены, а какие нет.
Реализация и почему она не прижилась сразу
SATA Express является официальным стандартом с конца 2013 года. Он не применялся в компьютерных системах до выпуска чипсетов Intel H97/Z97 весной 2014 года. интерфейс, ни один привод на момент запуска его не использовал.
Причина, по которой интерфейс не прижился быстро, - это интерфейс M.2. Он используется исключительно для твердотельных накопителей с меньшим форм-фактором. Дисководам с магнитными дисками трудно превзойти стандарты SATA. M.2 обладает большей гибкостью, поскольку не использует диски большего размера. Он также может использовать четыре линии PCI Express, что означает более быстрые диски, чем две линии SATA Express.
AMD выпустила микропроцессоры Ryzen в начале марта 2017 года, предоставив встроенную поддержку SATA Express для платформы AMD Socket AM4.
