Что такое SATA Express Drive?

SATA или Serial ATA добились огромного успеха, когда речь заходит о компьютерных хранилищах. Стандартизация интерфейса обеспечивает простоту установки и совместимость между компьютерами и устройствами хранения. Проблема заключается в том, что дизайн сериализованной связи достиг своих пределов, поскольку многие твердотельные накопители ограничены производительностью интерфейса, а не накопителя. Из-за этого необходимо было разработать новые стандарты связи между компьютером и накопителями. Это где SATA Express вмешивается, чтобы заполнить пробел в производительности.

SATA или PCI-Express Связь

Существующие спецификации SATA 3.0 были ограничены пропускной способностью всего 6,0 Гбит / с, что соответствует примерно 750 МБ / с. Теперь с накладными расходами на интерфейс и все это означает, что эффективная производительность была ограничена всего 600 МБ / с. Многие из нынешних поколений твердотельных накопителей по существу достигли этого предела и нуждаются в некоторой форме более быстрого интерфейса. Спецификация SATA 3.2, которая SATA Express является частью нового средства связи между компьютером и устройствами, позволяя устройствам выбирать, хотят ли они использовать существующий метод SATA, обеспечивая обратную совместимость со старыми устройствами, или использовать более быструю PCI- Экспресс автобус.

Шина PCI-Express традиционно использовалась для связи между процессором и периферийными устройствами, такими как графические карты, сетевые интерфейсы, порты USB и т. Д. В соответствии с текущими стандартами PCI-Express 3.0 одна полоса PCI-Express может обрабатывать до 1 ГБ / s делает это быстрее, чем текущий интерфейс SATA. Это то, чего может достичь одна линия PCI-Express, но устройства могут использовать несколько линий. В соответствии со спецификациями SATA Express накопитель с новым интерфейсом может использовать две линии PCI-Express (часто называемые x2), чтобы иметь потенциальную полосу пропускания 2 ГБ / с, что почти в три раза превышает скорость предыдущих SATA 3.0.

Новый разъем SATA Express

Теперь новый интерфейс также требует нового разъема. Это может выглядеть несколько похоже, потому что разъем фактически объединяет два разъема данных SATA вместе с третьим немного меньшим разъемом, который имеет дело с коммуникациями на основе PCI-Express. Два разъема SATA на самом деле являются полностью функциональными портами SATA 3.0. Это означает, что один разъем SATA Express на компьютере может поддерживать два старых порта SATA. Проблема возникает, когда вы хотите подключить в разъем более новый накопитель на основе SATA Express. Все разъемы SATA Express будут использовать всю ширину независимо от того, использует ли накопитель более старую связь SATA или более новую PCI-Express. Таким образом, один SATA Express может обрабатывать два диска SATA или один диск SATA Express.

Так почему же диск SATA Express на основе PCI-Express не использует только один третий разъем, а не два порта SATA? Это связано с тем, что накопитель на основе SATA Express может использовать любую технологию, поэтому он должен иметь интерфейс с обеими. В дополнение к этому многие порты SATA связаны с линией PCI-Express для связи с процессором. Используя интерфейс PCI-Express напрямую с дисководом SATA Express, вы в любом случае эффективно отключаете связь с двумя портами SATA, подключенными к этому интерфейсу.

Ограничения интерфейса команд

SATA — это эффективный способ передачи данных между устройством и процессором компьютера. В дополнение к этому слою существует командный уровень, который запускается поверх этого для отправки команд на то, что должно быть записано и прочитано с накопителя. В течение многих лет этим занимался AHCI (Advanced Host Controller Interface). Это было настолько стандартизировано, что оно в основном записано в каждой операционной системе, представленной на рынке. Это эффективно делает диски SATA подключи и играй. Никаких дополнительных драйверов не требуется. Хотя эта технология хорошо работала со старыми более медленными технологиями, такими как жесткие диски и USB-накопители, она действительно сдерживает более быстрые твердотельные накопители. Проблема состоит в том, что, хотя очередь команд AHCI может содержать 32 команды в очереди, она все равно может обрабатывать только одну команду за раз, поскольку существует только одна очередь.

Именно здесь вступает в действие набор команд NVMe (энергонезависимой памяти). Он имеет в общей сложности 65 536 командных очередей, каждая из которых способна хранить 65 536 команд в очереди. По сути, это позволяет параллельно обрабатывать команды хранения на диске. Это не выгодно для жесткого диска, так как он все еще эффективно ограничен одной командой из-за головок дисков, но для твердотельных дисков с их несколькими микросхемами памяти он может эффективно увеличить их пропускную способность, записывая несколько команд в разные микросхемы клетки одновременно.

Это может звучать замечательно, но есть небольшая проблема. Это новая технология, и в результате она не встроена в большинство существующих на рынке операционных систем. На самом деле большинству потребуется установить в них дополнительные драйверы, чтобы диски могли использовать новую технологию NVMe. Это означает, что развертывание самой быстрой производительности для дисков SATA Express может занять некоторое время, так как программное обеспечение должно стать более зрелым, как в первом представлении AHCI. К счастью, SATA Express позволяет дискам использовать любой из двух методов, поэтому вы все еще можете использовать новую технологию сейчас с драйверами AHCI и, возможно, позже перейти к более новым стандартам NVMe для повышения производительности, хотя, возможно, потребуется переформатировать диск.

Другие функции, добавленные в SATA Express через спецификации SATA 3.2

Теперь новые спецификации SATA добавляют больше, чем просто новые методы связи и разъем. Большинство из них нацелены на мобильные компьютеры, но они также могут принести пользу и другим немобильным компьютерам. Наиболее заметная функция энергосбережения — это новый режим DevSleep. По сути, это новый режим питания, который позволяет системам в хранилище практически полностью отключаться, что снижает энергопотребление в режиме ожидания. Это должно помочь улучшить время работы специальных ноутбуков, включая ультрабуки, рассчитанные на твердотельные накопители, и с низким энергопотреблением.

Пользователи SSHD (твердотельные гибридные накопители) также получат выгоду от новых стандартов, поскольку они внедрили новый набор оптимизаций. В текущих реализациях SATA контроллер накопителя будет определять, какие элементы должны и не должны кэшироваться, на основе того, что он видит, как запрашивается. Благодаря новой структуре операционная система может по существу сообщать контроллеру накопителя, какие элементы он должен хранить в кэше, что уменьшает количество служебных данных на контроллере накопителя и повышает производительность.

Наконец, есть функция для использования с настройками дисков RAID. Одной из целей RAID является избыточность данных. В случае отказа диска его можно заменить, а затем данные будут восстановлены из данных контрольной суммы. По сути, они создали новый процесс в стандартах SATA 3.2, который может помочь улучшить процесс восстановления, распознавая, какие данные повреждены, а какие нет.

Внедрение и почему это не сработало

SATA Express является официальным стандартом с конца 2013 года, но он не начал пробиваться в компьютерные системы до выпуска чипсетов Intel H97 / Z97 весной 2014 года. Даже с материнскими платами, теперь имеющими новый интерфейс, есть на момент запуска нет дисков, которые могут использовать новый интерфейс. Это, вероятно, из-за проблем, связанных с поддержкой операционной системой новой очереди команд, чтобы в полной мере использовать преимущества SATA Express. По крайней мере, текущие реализации позволяют использовать разъемы SATA Express с существующими дисками SATA. Это должно помочь упростить внедрение для тех, кто приобрел технологию сейчас, когда диски станут доступны.

Причина того, что интерфейс на самом деле не завоевал популярность, кроется в интерфейсе M.2. Это используется исключительно для твердотельных накопителей, которые используют меньший форм-фактор, который используется в ноутбуках, но также и в настольных системах. Жестким дискам по-прежнему не хватает стандартов SATA. M.2 обладает большей гибкостью, поскольку не зависит от более крупных дисков, но также может использовать четыре линии PCI-Express, что означает более быстрые диски, чем две линии SATA Express. На этом этапе потребители могут никогда не увидеть, что SATA Express будет принят.