Το Το σειριακό ATA χρησιμοποιείται για αποθήκευση υπολογιστή. Η τυπική διεπαφή επιτρέπει την εύκολη εγκατάσταση και συμβατότητα μεταξύ υπολογιστών και συσκευών αποθήκευσης. Ο σχεδιασμός σειριακής επικοινωνίας έχει φτάσει στα όριά του, με πολλές μονάδες στερεάς κατάστασης να καλύπτονται από την απόδοση της διεπαφής και όχι από τη μονάδα δίσκου. Τα νέα πρότυπα επικοινωνίας μεταξύ ενός υπολογιστή και μονάδων αποθήκευσης που ονομάζονται SATA Express καλύπτουν το κενό.
SATA ή PCI Express Communication
Οι υπάρχουσες προδιαγραφές SATA 3.0 περιορίζονται σε εύρος ζώνης 6,0 Gbps, που μεταφράζεται σε περίπου 750 MB/s. Με την επιβάρυνση για τη διεπαφή, η αποτελεσματική απόδοση περιορίζεται στα 600 MB/s. Πολλές τρέχουσες γενιές δίσκων στερεάς κατάστασης έχουν φτάσει αυτό το όριο και χρειάζονται κάποια μορφή ταχύτερης διεπαφής.
Η προδιαγραφή SATA 3.2, μέρος της οποίας αποτελεί το SATA Express, είναι ένα νέο πρότυπο επικοινωνίας μεταξύ του υπολογιστή και των συσκευών. Επιτρέπει στις συσκευές να επιλέγουν την υπάρχουσα μέθοδο SATA, διασφαλίζοντας συμβατότητα με παλαιότερες συσκευές ή να χρησιμοποιούν τον ταχύτερο δίαυλο PCI Express.
Ο δίαυλος PCI Express χρησιμοποιείται συνήθως για την επικοινωνία μεταξύ της CPU και περιφερειακών συσκευών, όπως κάρτες γραφικών, διεπαφές δικτύου και θύρες USB. Σύμφωνα με τα τρέχοντα πρότυπα PCI Express 3.0, μια λωρίδα PCI Express χειρίζεται έως και 1 GB/s, καθιστώντας την ταχύτερη από την τρέχουσα διεπαφή SATA.
Οι συσκευές, ωστόσο, χρησιμοποιούν περισσότερες από μία λωρίδες. Σύμφωνα με τις προδιαγραφές SATA Express, μια μονάδα δίσκου με τη νέα διασύνδεση μπορεί να χρησιμοποιήσει δύο λωρίδες PCI Express (συχνά αναφέρονται ως x2) για να επιτύχει ένα πιθανό εύρος ζώνης 2 GB/s. Αυτή η διεπαφή κάνει το εύρος ζώνης σχεδόν τρεις φορές την ταχύτητα του προηγούμενου υλικού SATA 3.0.
Η νέα υποδοχή SATA Express
Η νέα διεπαφή απαιτεί νέα σύνδεση. Συνδυάζει δύο υποδοχές δεδομένων SATA με μια τρίτη μικρότερη υποδοχή, η οποία ασχολείται με τις επικοινωνίες που βασίζονται στο PCI Express. Οι δύο υποδοχές SATA είναι πλήρως λειτουργικές θύρες SATA 3.0. Μια μοναδική υποδοχή SATA Express σε έναν υπολογιστή μπορεί να υποστηρίξει δύο παλαιότερες θύρες SATA. Όλες οι υποδοχές SATA Express χρησιμοποιούν όλο το πλάτος, είτε η μονάδα βασίζεται στις προηγούμενες επικοινωνίες SATA είτε στο νεότερο PCI-Express. Έτσι, μια SATA Express χειρίζεται είτε δύο μονάδες SATA είτε μια μονάδα SATA Express.
Επειδή μια μονάδα που βασίζεται σε SATA Express μπορεί να χρησιμοποιήσει οποιαδήποτε τεχνολογία, πρέπει να διασυνδέεται και με τις δύο, επομένως χρησιμοποιεί τις δύο θύρες αντί για μια τρίτη, εναλλακτική, μία. Επίσης, πολλές θύρες SATA συνδέονται με μια λωρίδα PCI Express για να επικοινωνούν με τον επεξεργαστή. Η χρήση της διασύνδεσης PCI Express με μια μονάδα SATA Express απενεργοποιεί την επικοινωνία με τις δύο θύρες SATA που είναι συνδεδεμένες σε αυτήν τη διεπαφή.
Περιορισμοί διεπαφής εντολών
Το SATA επικοινωνεί δεδομένα μεταξύ της συσκευής και της CPU. Εκτός από αυτό το επίπεδο, ένα επίπεδο εντολών εκτελείται από πάνω. Το επίπεδο εντολών στέλνει τις εντολές σχετικά με το τι πρέπει να γράψετε και να διαβάσετε από τη μονάδα αποθήκευσης. Για χρόνια, αυτή η διαδικασία χειριζόταν από το Advanced Host Controller Interface. Είναι γραμμένο σε κάθε λειτουργικό σύστημα που κυκλοφορεί αυτή τη στιγμή στην αγορά, κάνοντας αποτελεσματικά τις μονάδες SATA να συνδέονται και να παίζουν. Δεν χρειάζονται επιπλέον προγράμματα οδήγησης.
Ενώ η τεχνολογία λειτουργούσε καλά με παλαιότερη, πιο αργή τεχνολογία, όπως σκληρούς δίσκους και μονάδες flash USB, συγκρατεί ταχύτερα SSD. Ενώ η ουρά εντολών AHCI μπορεί να περιέχει 32 εντολές, μπορεί να επεξεργαστεί μόνο μία εντολή κάθε φορά, επειδή υπάρχει μόνο μία ουρά.
Εδώ μπαίνει το σύνολο εντολών Non-Volatile Memory Express. Διαθέτει 65.536 ουρές εντολών, καθεμία με τη δυνατότητα να κρατά 65.536 εντολές ανά ουρά. Αυτό επιτρέπει την παράλληλη επεξεργασία των εντολών αποθήκευσης στη μονάδα δίσκου. Αυτό δεν είναι επωφελές για έναν σκληρό δίσκο, καθώς περιορίζεται σε μία μόνο εντολή λόγω των κεφαλών της μονάδας. Ωστόσο, για μονάδες στερεάς κατάστασης με πολλά τσιπ μνήμης, μπορεί να ενισχύσει το εύρος ζώνης γράφοντας πολλές εντολές σε διαφορετικά τσιπ και κελιά ταυτόχρονα.
Πρόκειται για νέα τεχνολογία και δεν είναι ενσωματωμένη στα περισσότερα λειτουργικά συστήματα της αγοράς. Πολλά λειτουργικά συστήματα χρειάζονται πρόσθετα προγράμματα οδήγησης εγκατεστημένα στις μονάδες δίσκου, ώστε οι μονάδες δίσκου να μπορούν να χρησιμοποιούν τη νέα τεχνολογία NVMe. Η ανάπτυξη της ταχύτερης απόδοσης για μονάδες SATA Express ενδέχεται να διαρκέσει κάποιο χρόνο.
Το SATA Express υποστηρίζει μία από τις δύο μεθόδους. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τη νέα τεχνολογία με τα προγράμματα οδήγησης AHCI και ενδεχομένως να μεταβείτε στα νεότερα πρότυπα NVMe αργότερα για βελτιωμένη απόδοση, κάτι που μπορεί να απαιτεί επαναδιαμόρφωση της μονάδας.
Άλλες δυνατότητες στις προδιαγραφές SATA 3.2
Οι νέες προδιαγραφές SATA προσθέτουν περισσότερα από τις νέες μεθόδους επικοινωνίας και συνδέσεις. Τα περισσότερα στοχεύουν σε φορητούς υπολογιστές, αλλά μπορούν να ωφελήσουν άλλους μη φορητούς υπολογιστές.
Η πιο αξιοσημείωτη λειτουργία εξοικονόμησης ενέργειας είναι η λειτουργία DevSleep. Είναι μια νέα λειτουργία τροφοδοσίας που επιτρέπει στα συστήματα στο χώρο αποθήκευσης να βρίσκονται σε σχεδόν αδρανοποίηση. Αυτή η λειτουργία μειώνει την κατανάλωση ενέργειας όταν βρίσκεται σε κατάσταση αναστολής λειτουργίας για να βελτιώσει τους χρόνους λειτουργίας ειδικών φορητών υπολογιστών, συμπεριλαμβανομένων των Ultrabook που έχουν σχεδιαστεί γύρω από SSD και χαμηλή κατανάλωση ενέργειας.
Οι υβριδικές μονάδες στερεάς κατάστασης επωφελούνται επίσης από τα νέα πρότυπα, καθώς τα πρότυπα πρόσθεσαν ένα νέο σύνολο βελτιστοποιήσεων. Στις τρέχουσες υλοποιήσεις SATA, ο ελεγκτής μονάδας καθορίζει ποια στοιχεία θα πρέπει και ποια δεν πρέπει να αποθηκεύονται στην κρυφή μνήμη με βάση αυτά που βλέπει να φέρουν ζητούμενο. Με τη νέα δομή, το λειτουργικό σύστημα ενημερώνει τον ελεγκτή μονάδας δίσκου ποια στοιχεία πρέπει να κρατήσει στη μνήμη cache, γεγονός που μειώνει την επιβάρυνση του ελεγκτή μονάδας δίσκου και βελτιώνει την απόδοση.
Τέλος, υπάρχει μια λειτουργία για χρήση με ρυθμίσεις μονάδας δίσκου RAID. Ένας σκοπός του RAID είναι ο πλεονασμός δεδομένων. Σε περίπτωση βλάβης της μονάδας δίσκου, η μονάδα αντικαθίσταται και τα δεδομένα αναδημιουργούνται από το άθροισμα ελέγχου. Μια νέα διαδικασία στα πρότυπα SATA 3.2 βελτιώνει τη διαδικασία αναδόμησης, αναγνωρίζοντας ποια δεδομένα είναι κατεστραμμένα σε σχέση με αυτά που δεν είναι κατεστραμμένα.
Εφαρμογή και γιατί δεν έπιασε αμέσως
Το SATA Express είναι επίσημο πρότυπο από τα τέλη του 2013. Δεν μπήκε στα συστήματα υπολογιστών μέχρι την κυκλοφορία των chipset Intel H97/Z97 την άνοιξη του 2014. Παρόλο που οι μητρικές πλακέτες παρουσίαζαν το νέο διεπαφή, καμία μονάδα δίσκου τη στιγμή της εκκίνησης δεν τη χρησιμοποιούσε.
Ο λόγος που η διεπαφή δεν έπιασε γρήγορα είναι η διεπαφή M.2. Χρησιμοποιείται αποκλειστικά για μονάδες στερεάς κατάστασης που χρησιμοποιούν μικρότερο παράγοντα μορφής. Οι δίσκοι μαγνητικής πλάκας δυσκολεύονται να υπερβούν τα πρότυπα SATA. Το M.2 έχει μεγαλύτερη ευελιξία επειδή δεν βασίζεται στους μεγαλύτερους δίσκους. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιήσει τέσσερις λωρίδες PCI Express, που σημαίνει ταχύτερες διαδρομές από τις δύο λωρίδες του SATA Express.
ΗAMD κυκλοφόρησε τους μικροεπεξεργαστές της Ryzen στις αρχές Μαρτίου 2017, φέρνοντας ενσωματωμένη υποστήριξη για SATA Express στην πλατφόρμα AMD Socket AM4.
