Serial 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 som begränsas av gränssnittets prestanda snarare än enheten. Nya kommunikationsstandarder mellan en dator och lagringsenheter som kallas SATA Express fyller luckan.
SATA eller PCI Express Communication
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-bussen.
PCI Express-bussen används vanligtvis för att kommunicera mellan CPU och kringutrustning, såsom grafikkort, nätverksgränssnitt och USB-portar. Enligt 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 vilken teknik som helst, måste den interface med 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. Användning av PCI Express-gränssnittet med en SATA Express-enhet stänger av kommunikationen till de två SATA-portarna som är kopplade till det gränssnittet.
Begränsningar för kommandogränssnitt
SATA kommunicerar data mellan enheten och CPU:n. 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 effektivt gör att SATA-enheterna 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 en enda kö.
Det är här kommandouppsättningen Non-Volatile Memory Express kommer in. Den har 65 536 kommandoköer, var och en med förmågan 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. För solid-state-enheter med flera minneschip kan den dock öka bandbredden genom att skriva flera kommandon till olika chips och celler samtidigt.
Det här är ny teknik och är inte inbyggt 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. Det här läget minskar strömförbrukningen i viloläge för att förbättra drifttiderna för speciella bärbara datorer, inklusive Ultrabooks designade kring SSD och låg strömförbrukning.
Solid-state hybriddiskar drar också nytta av de nya standarderna, eftersom standarderna lade till en ny uppsättning optimeringar. I de nuvarande SATA-implementeringarna bestämmer enhetskontrollern vilka objekt som ska och inte ska cache baserat på vad den ser efterfrågas. Med den nya strukturen talar operativsystemet om för enhetskontrollern vilka objekt den ska hålla i cachen, vilket minskar omkostnader på enhetskontrollern och förbättrar prestandan.
Äntligen, det finns en funktion för användning med RAID-enhetsinställningar. Ett syfte med RAID är för dataredundans. I händelse av ett enhetsfel byts enheten ut och data byggs om från kontrollsumman. En ny process i SATA 3.2-standarderna förbättrar återuppbyggnadsprocessen genom att känna igen vilken data som är skadad jämfört med den som inte är det.
Implementering och varför det inte slog igenom direkt
SATA Express har varit en officiell standard sedan slutet av 2013. Den kom inte in i datorsystem förrän lanseringen av Intel H97/Z97-kretsuppsättningarna våren 2014. Även om moderkorten innehöll de nya gränssnitt, inga enheter använde det vid lanseringstillfället.
Anledningen till att gränssnittet inte slog in snabbt är M.2-gränssnittet. 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 körningar 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.
