Serial ATA sa používa na ukladanie v počítači. Štandardné rozhranie umožňuje jednoduchú inštaláciu a kompatibilitu medzi počítačmi a úložnými zariadeniami. Dizajn sériovej komunikácie dosiahol svoje limity, pričom mnohé jednotky SSD sú obmedzené výkonom rozhrania a nie jednotky. Nové komunikačné štandardy medzi počítačom a úložnými jednotkami s názvom SATA Express vypĺňajú medzeru.
Komunikácia SATA alebo PCI Express
Existujúce špecifikácie SATA 3.0 sú obmedzené na šírku pásma 6,0 Gb/s, čo predstavuje približne 750 MB/s. Pri réžii rozhrania je efektívny výkon obmedzený na 600 MB/s. Mnoho súčasných generácií SSD dosiahlo tento limit a potrebuje nejakú formu rýchlejšieho rozhrania.
Špecifikácia SATA 3.2, ktorej súčasťou je SATA Express, je nový komunikačný štandard medzi počítačom a zariadeniami. Umožňuje zariadeniam vybrať si existujúcu metódu SATA, čím sa zabezpečí spätná kompatibilita so staršími zariadeniami, alebo použiť rýchlejšiu zbernicu PCI Express.
Zbernica PCI Express sa bežne používa na komunikáciu medzi procesorom a periférnymi zariadeniami, ako sú grafické karty, sieťové rozhrania a porty USB. Podľa súčasných štandardov PCI Express 3.0 zvládne jeden pruh PCI Express rýchlosť až 1 GB/s, vďaka čomu je rýchlejší ako súčasné rozhranie SATA.
Zariadenia však používajú viac ako jeden jazdný pruh. Podľa špecifikácií SATA Express môže disk s novým rozhraním využívať dva pruhy PCI Express (často označované ako x2) na dosiahnutie potenciálnej šírky pásma 2 GB/s. Vďaka tomuto rozhraniu je šírka pásma takmer trojnásobná oproti predchádzajúcemu hardvéru SATA 3.0.
Nový konektor SATA Express
Nové rozhranie vyžaduje nový konektor. Kombinuje dva dátové konektory SATA s tretím menším konektorom, ktorý sa zaoberá komunikáciou na báze PCI Express. Dva konektory SATA sú plne funkčné porty SATA 3.0. Jeden konektor SATA Express na počítači môže podporovať dva staršie porty SATA. Všetky konektory SATA Express využívajú celú šírku, či už je disk založený na staršej komunikácii SATA alebo na novšom PCI-Express. Jeden SATA Express teda obsluhuje buď dva disky SATA alebo jeden disk SATA Express.
Pretože jednotka založená na SATA Express môže používať ktorúkoľvek technológiu, musí byť prepojená s oboma, takže používa dva porty namiesto tretieho, alternatívneho, jedného. Mnoho portov SATA je tiež pripojených k linke PCI Express na komunikáciu s procesorom. Použitie rozhrania PCI Express s jednotkou SATA Express vypne komunikáciu s dvoma portami SATA pripojenými k tomuto rozhraniu.
Obmedzenia príkazového rozhrania
SATA komunikuje dáta medzi zariadením a procesorom. Okrem tejto vrstvy sa na vrchu spúšťa príkazová vrstva. Príkazová vrstva posiela príkazy, na čo sa má zapisovať a čítať z ukladacej jednotky. Po celé roky tento proces riešilo rozhranie Advanced Host Controller Interface. Je zapísaná v každom operačnom systéme, ktorý je momentálne na trhu, vďaka čomu sa disky SATA efektívne pripájajú a hrajú. Nie sú potrebné žiadne ďalšie ovládače.
Zatiaľ čo táto technológia fungovala dobre so staršou, pomalšou technológiou, ako sú pevné disky a USB flash disky, brzdí rýchlejšie SSD. Zatiaľ čo front príkazov AHCI môže obsahovať 32 príkazov, môže naraz spracovať iba jeden príkaz, pretože existuje iba jeden front.
Tu prichádza na scénu sada príkazov Non-Volatile Memory Express. Obsahuje 65 536 frontov príkazov, z ktorých každý má schopnosť podržať 65 536 príkazov na front. To umožňuje paralelné spracovanie príkazov na ukladanie do jednotky. To nie je výhodné pre pevný disk, pretože je obmedzené na jeden príkaz kvôli hlavám disku. V prípade pevných diskov s viacerými pamäťovými čipmi však môže zvýšiť šírku pásma zápisom niekoľkých príkazov do rôznych čipov a buniek súčasne.
Toto je nová technológia a nie je zabudovaná do väčšiny operačných systémov na trhu. Mnoho operačných systémov potrebuje na disky nainštalovať ďalšie ovládače, aby disky mohli používať novú technológiu NVMe. Nasadenie najrýchlejšieho výkonu pre disky SATA Express môže chvíľu trvať.
SATA Express podporuje jednu z týchto dvoch metód. Novú technológiu môžete použiť s ovládačmi AHCI a potenciálne neskôr prejsť na novšie štandardy NVMe, aby ste zvýšili výkon, čo môže vyžadovať preformátovanie disku.
Ďalšie funkcie v špecifikáciách SATA 3.2
Nové špecifikácie SATA pridávajú viac než len nové komunikačné metódy a konektory. Väčšina z nich je zameraná na mobilné počítače, ale môžu byť prínosom pre iné nemobilné počítače.
Najpozoruhodnejšou funkciou na úsporu energie je režim DevSleep. Je to nový režim napájania, ktorý umožňuje systémom v úložisku kvázi hibernáciu. Tento režim znižuje spotrebu energie v režime spánku, aby sa zlepšila prevádzková doba špeciálnych notebookov vrátane ultrabookov navrhnutých na báze SSD a nízkej spotreby energie.
Hybridné pohony s polovodičovým motorom tiež ťažia z nových štandardov, keďže štandardy pridali nový súbor optimalizácií. V súčasných implementáciách SATA radič disku určuje, ktoré položky by sa mali a nemali ukladať do vyrovnávacej pamäte na základe toho, čo vidí, ako sa požaduje. Vďaka novej štruktúre operačný systém informuje radič disku, ktoré položky má uchovávať vo vyrovnávacej pamäti, čo znižuje réžiu na radiči disku a zlepšuje výkon.
Nakoniec je tu funkcia na použitie s nastaveniami disku RAID. Jedným účelom RAID je redundancia údajov. V prípade poruchy jednotky sa jednotka vymení a údaje sa znova zostavia z kontrolného súčtu. Nový proces v štandardoch SATA 3.2 zlepšuje proces obnovy tým, že rozpozná, ktoré údaje sú poškodené a ktoré nie.
Implementácia a prečo sa neuchytila hneď
SATA Express je oficiálnym štandardom od konca roka 2013. Do počítačových systémov sa dostal až po vydaní čipsetov Intel H97/Z97 na jar 2014. Aj keď základné dosky obsahovali nové rozhranie, v čase spustenia ho nepoužívali žiadne disky.
Dôvodom, prečo sa rozhranie rýchlo neuchytilo, je rozhranie M.2. Používa sa výhradne pre disky SSD, ktoré používajú menší formát. Jednotky s magnetickou platňou majú problém prekonať štandardy SATA. M.2 má väčšiu flexibilitu, pretože sa nespolieha na väčšie disky. Môže tiež používať štyri pruhy PCI Express, čo znamená rýchlejšie disky ako dva pruhy SATA Express.
AMD vydala svoje mikroprocesory Ryzen začiatkom marca 2017, čím prináša vstavanú podporu pre SATA Express na platformu AMD Socket AM4.
