Serial ATA se používá pro ukládání v počítači. Standardní rozhraní umožňuje snadnou instalaci a kompatibilitu mezi počítači a úložnými zařízeními. Návrh sériové komunikace dosáhl svých limitů, přičemž mnoho disků SSD je omezeno výkonem rozhraní spíše než disku. Nové komunikační standardy mezi počítačem a úložnými jednotkami nazvané SATA Express zaplňují mezeru.
Komunikace SATA nebo PCI Express
Stávající specifikace SATA 3.0 jsou omezeny na šířku pásma 6,0 Gb/s, což znamená zhruba 750 MB/s. S režií pro rozhraní je efektivní výkon omezen na 600 MB/s. Mnoho současných generací SSD dosáhlo tohoto limitu a potřebuje nějakou formu rychlejšího rozhraní.
Specifikace SATA 3.2, jejíž součástí je SATA Express, je nový komunikační standard mezi počítačem a zařízeními. Umožňuje zařízením vybrat si stávající metodu SATA, která zajišťuje zpětnou kompatibilitu se staršími zařízeními, nebo použít rychlejší sběrnici PCI Express.
Sběrnice PCI Express se běžně používá ke komunikaci mezi CPU a periferními zařízeními, jako jsou grafické karty, síťová rozhraní a porty USB. Podle současných standardů PCI Express 3.0 zvládne jeden pruh PCI Express až 1 GB/s, takže je rychlejší než současné rozhraní SATA.
Zařízení však používají více než jeden jízdní pruh. Podle specifikací SATA Express může disk s novým rozhraním využívat dva PCI Express pruhy (často označované jako x2) k dosažení potenciální šířky pásma 2 GB/s. Díky tomuto rozhraní je šířka pásma téměř trojnásobná oproti předchozímu hardwaru SATA 3.0.
Nový konektor SATA Express
Nové rozhraní vyžaduje nový konektor. Kombinuje dva datové konektory SATA s třetím menším konektorem, který se zabývá komunikací na bázi PCI Express. Dva konektory SATA jsou plně funkční porty SATA 3.0. Jeden konektor SATA Express na počítači může podporovat dva starší porty SATA. Všechny konektory SATA Express využívají celou šířku, ať už je disk založen na dřívější komunikaci SATA nebo na novějším PCI-Express. Jeden SATA Express tedy obsluhuje buď dva disky SATA nebo jeden disk SATA Express.
Vzhledem k tomu, že disk založený na SATA Express může používat kteroukoli technologii, musí být propojen s oběma, takže používá dva porty místo třetího, alternativního, jednoho. Mnoho portů SATA se také připojuje k lince PCI Express pro komunikaci s procesorem. Použití rozhraní PCI Express s jednotkou SATA Express vypne komunikaci se dvěma porty SATA připojenými k tomuto rozhraní.
Omezení příkazového rozhraní
SATA komunikuje data mezi zařízením a CPU. Kromě této vrstvy běží nahoře vrstva příkazů. Příkazová vrstva posílá příkazy, na co se má zapisovat a číst z úložné jednotky. Po léta byl tento proces řešen pomocí Advanced Host Controller Interface. Je zapsán v každém operačním systému, který je aktuálně na trhu, takže disky SATA lze jednoduše připojit a spustit. Nejsou potřeba žádné další ovladače.
I když tato technologie fungovala dobře se staršími, pomalejšími technologiemi, jako jsou pevné disky a USB flash disky, zadržuje rychlejší SSD. Zatímco fronta příkazů AHCI může obsahovat 32 příkazů, může zpracovat pouze jeden příkaz najednou, protože existuje pouze jedna fronta.
Zde přichází na řadu sada příkazů Non-Volatile Memory Express. Obsahuje 65 536 front příkazů, z nichž každá může pojmout 65 536 příkazů na frontu. To umožňuje paralelní zpracování příkazů úložiště do jednotky. To není výhodné pro pevný disk, protože je omezeno na jeden příkaz kvůli hlavám disku. U SSD disků s více paměťovými čipy však může zvýšit šířku pásma zápisem několika příkazů do různých čipů a buněk současně.
Toto je nová technologie a není zabudována do většiny operačních systémů na trhu. Mnoho operačních systémů potřebuje na disky nainstalovat další ovladače, aby disky mohly používat novou technologii NVMe. Nasazení nejrychlejšího výkonu pro disky SATA Express může nějakou dobu trvat.
SATA Express podporuje jednu ze dvou metod. Novou technologii můžete použít s ovladači AHCI a později potenciálně přejít na novější standardy NVMe pro lepší výkon, což může vyžadovat přeformátování disku.
Další funkce ve specifikacích SATA 3.2
Nové specifikace SATA přidávají více než jen nové komunikační metody a konektory. Většina z nich je zaměřena na mobilní počítače, ale mohou být přínosem pro jiné nemobilní počítače.
Nejvýznamnější funkcí pro úsporu energie je režim DevSleep. Je to nový režim napájení, který umožňuje systémům v úložišti kvazi hibernaci. Tento režim snižuje spotřebu energie v režimu spánku, aby se zlepšila provozní doba speciálních notebooků, včetně ultrabooků navržených pro SSD a nízkou spotřebu energie.
Hybridní pohony s pevnou fází také těží z nových standardů, protože standardy přidaly novou sadu optimalizací. V současných implementacích SATA určuje řadič disku, které položky by měly a neměly být uloženy do mezipaměti, na základě toho, co vidí přinášet požadované. Díky nové struktuře operační systém říká řadiči disku, které položky má uchovávat v mezipaměti, což snižuje režii řadiče disku a zlepšuje výkon.
Konečně je tu funkce pro použití s nastavením disků RAID. Jedním z účelů RAID je redundance dat. V případě poruchy disku je disk vyměněn a data jsou znovu sestavena z kontrolního součtu. Nový proces ve standardech SATA 3.2 zlepšuje proces obnovy tím, že rozpoznává, která data jsou poškozena a která ne.
Implementace a proč se hned nechytla
SATA Express je oficiálním standardem od konce roku 2013. Do počítačových systémů se dostal až po vydání čipových sad Intel H97/Z97 na jaře 2014. I když základní desky obsahovaly nové rozhraní, v době spuštění jej nepoužívaly žádné disky.
Důvodem, proč se rozhraní rychle neujalo, je rozhraní M.2. Používá se výhradně pro disky SSD, které používají menší formát. Jednotky s magnetickou plotnou mají problém překonat standardy SATA. M.2 má větší flexibilitu, protože se nespoléhá na větší disky. Může také používat čtyři pruhy PCI Express, což znamená rychlejší disky než dva pruhy SATA Express.
AMD vydala své mikroprocesory Ryzen na začátku března 2017 a přináší vestavěnou podporu pro SATA Express na platformu AMD Socket AM4.
